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/8504| Title: | Концентратор інформації розподільних систем |
| Authors: | Базіло, Костянтин Вікторович Гатало, Дмитро Андрійович |
| Issue Date: | 15-Jun-2024 |
| URI: | https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8504 |
| Appears in Collections: | 151 Автоматизація та комп'ютерно-інтегровані технології (Робототехнічні системи та автоматизація) |
Files in This Item:
| File | Description | Size | Format | |
|---|---|---|---|---|
| КРБ Гатало Д.pdf Restricted Access | КРБ Гатало Д. | 1.77 MB | Adobe PDF | View/Open Request a copy |
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.
Extracted text
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ФАКУЛЬТЕТ ЕЛЕКТРОННИХ ТЕХНОЛОГІЙ І РОБОТОТЕХНІКИ
КАФЕДРА ПРИЛАДОБУДУВАННЯ, МЕХАТРОНІКИ ТА
КОМП‘ЮТЕРИЗОВАНИХ ТЕХНОЛОГІЙ
Допущено до захисту
Завідувач кафедри ПМКТ
_______ М.О. Бондаренко
«___» ___________ 2024 р.
ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА
ДО КВАЛІФІКАЦІЙНОЇ РОБОТИ БАКАЛАВРА
на тему «Концентратор інформації розподільних систем»
Виконав здобувач освіти 4 курсу, групи РС-93
спеціальність: 151 – Автоматизація та комп’ютерно-
інтегровані технології
освітня програма: Робототехнічні системи та
автоматизація
_____ Гатало Дмитро Андрійович .
Керівник Базіло К.В.
Рецензент .
Кваліфікаційна робота бакалавра містить результати власних здобутків автора.
Використання ідей, результатів і текстів інших авторів мають посилання на
відповідне джерело ___________________________________________________
підпис здобувача
Черкаси – 2024
Зміст
стор.
Вcтуп 5
1 Обґрунтування необхідності проектування на основі
критичного аналізу існуючих аналогів 6
1.1 Система управління 6
1.2 Логічний пристрій для обробки інформації 10
1.3 Резервована управляюча система 13
1.4 Пристрій для керування виконавчим механізмом 16
2 Обґрунтування технічного завдання 20
3 Розробка структурної та електричної принципової схеми 22
3.1 Розробка структурної схеми 22
3.2 Розробка принципової схеми 26
4 Розрахунок основних вузлів концентратора інформації 40
4.1 Розрахунок стабілізатора струму 40
4.2 Розрахунок двохтактного перетворювача напруги 41
4.3 Розрахунок LC – фільтра 45
4.4 Розрахунок операційного підсилювача 48
4.5 Оцінка надійності та точності 50
5 Технологічний розділ 57
5.1 Призначення друкованої плати 57
5.2 Аналіз елементної бази модуля 58
5.3 Обґрунтування вибору варіанта технологічного процесу 60
5.4 Загальні вимоги до монтажу 61
5.5 Загальні вимоги на пайки 61
РС-203СК.024.668.001 ПЗ
Зм. Лист № докум. Підп Дата
Разроб.
Гатало Д.А Літ. Арк Аркушів
Пров. БазілоК.В. Концентратор інформації Т 3
розподільних систем
Н.контр Тичков В.В Пояснювальна записка ЧДТУ
Затв.
5.6 Зальні вимоги до технологічного контролю 63
5.7 Загальні вимоги до складання 65
5.8 Нормування монтажних робіт 66
6 Спеціальний розділ 68
6.1 Економічне обґрунтування розробки 68
6.2 Охорона праці 69
Висновок 84
Список використаної літератури 85
Додаток А Відомість технічного проекта 86
Додаток Б Список нормативних документів 87
Додаток В Спецефікація і перелік елементів
Додаток Д Документація на технологічний процес збірки
друкованих плат
АРК
РС-203ск.024.668.001ПЗ
4
Зм. Арк № докум. Підпис Дата
Вступ
Вимірювальна техніка — один з найважливіших чинників прискорення
науково-технічного прогресу практично у всіх галузях народного господарства.
Технічні засоби і різні методи вимірювань складають основу
вимірювальної техніки. Будь-який виробничий процес характеризується великим
числом параметрів, що змінюються в широких межах. Для підтримки необхідного
режиму технологічної установки необхідне вимірювання вказаних параметрів.
При цьому чим достовірніше здійснюється вимірювання технологічних
параметрів, тим краще якість.
Отримання і обробку вимірювальної інформації призначено не тільки для
досягнення безпечного руху, але і організації перевезень. В даний час важливою
областю застосування вимірювальної техніки є автоматизація науково-технічних
експериментів.
Розширення номенклатури і якісних показників засобів вимірювальної
техніки нерозривно пов'язано з досягненнями радіоелектроніки. Одним з сучасних
напрямів розвитку вимірювальної техніки, що базується на досягненнях
радіоелектроніки, є цифрові прилади з дискретною формою представлення
інформації. Така форма представлення результатів виявилася зручною для
перетворення, передачі, обробки і збереження інформації.
Завдяки мікропроцесорам значно розширилися області застосування
засобів вимірювальної техніки, покращали їх технічні характеристики,
підвищилися надійність і швидкодія, відкрилися шляхи реалізації задач, які
раніше не могли бути вирішені.
По широті і ефективності застосування мікропроцесорів одне з перших
місць займає вимірювальна техніка, причому все більш широко застосовуються
мікропроцесори в системах управління.
Розвиток науки і техніки вимагає постійного вдосконалення засобів
вимірювальної техніки, роль якої неухильно зростає.
АРК
РС-203ск.024.668.001ПЗ
5
Зм. Арк № докум. Підпис Дата
1 Обґрунтування необхідності проектування на основі критичного аналізу
існуючих аналогів
1.1 Система управління
Відомі системи управління аерокосмічного призначення, особливо
військового, які розраховуються на застосування в надзвичайно складних
зовнішніх умовах і повинні забезпечувати виконання завдання з високою
точністю. При побудові таких систем вводяться засоби, що дозволяють зберігати
працездатність системи при деяких видах відмов, а при відмовах іншого роду - не
змінювати своїх характеристик. Зокрема, для забезпечення працездатності при дії
сильних ядерних і електромагнітних випромінювань по найважливіших каналах
управління система, як правило, забезпечується окрім електронних,
гідромеханічними системами.
Електронна система управління з метою підвищення надійності
резервується.
Відома система управління, яка містить резервовані вузли, блоки кодового
і логічного контролю і блок управління, додатково введені до складу системи
адаптивні мажоритарні елементи, які через ключі підключені до інформаційних
виходів всіх резервованих вузлів і до блоку контролю, вихід останнього
пов'язаний з блоком управління і дозволяють зберігати працездатність системи
при відмовах в резервованих вузлах [2]. Реалізація цієї системи вимагає,
щонайменше, потрійної надмірності.
Найближчою до запропонованої по технічному значенню рішення є
система управління, що містить блок контролю, ручку управління, сполучену
через послідовно включений гідромеханічний підсилювач і виконавчий
механізм з об'єктом управління, ручка управління через два датчики
положення, а вихід об'єкту управління - через датчики стану підключені до
входів двох багатоканальних перетворювачів ''аналог-цифра'' з двома
інтерфейсами, виходи яких сполучені з відповідними входами двох цифрових
АРК
РС-203ск.024.668.001ПЗ
6
Зм. Арк № докум. Підпис Дата
обчислювальних машин, два перетворювачі ''цифра-аналог'', виходи яких
підключені до виконавчого механізму [3].
Проте ці системи управління володіють істотним недоліком, що полягає в
тому, що контроль і діагностика займають значний час. При відмові тільки одного
блоку в електронному каналі дубльований канал відключається, а проходження
контрольних тестів є досить тривалою процедурою. Відмова двох однакових
блоків в електронних каналах одночасно маловірогідна.
Крім того, неможлива незалежна робота обчислювальних машин, коли
необхідна додаткова обчислювальна потужність за рахунок зниження надійності
системи.
На рисунку 1.1 приведена структурна схема системи управління.
Вона містить блок 1 контролю, ручку 2 управління, сполучену через
послідовно включені гідромеханічний підсилювач 3 і виконавчий механізм 4 з
об'єктом 5 управління. Датчики 6 і 6' стану об'єкту 5 і два датчики 7 і 7' положення
ручки 2 виходами підключені до двох багатоканальних перетворювачів ''аналог-
цифра'' з своїми інтерфейсами 8 і 8'. Виходи інтерфейсів сполучені з відповідними
входами цифрових обчислювальних машин, 9 і 9'. Два перетворювачі 10 і 10' ''цифра-
аналог'' сполучені своїми виходами з виконавчим механізмом 4. Блок 11 зв'язку
підключений до входів цифрових обчислювальних машин 9 і 9', а їх виходи через
відповідні клапани 12 і 12' пов'язані з блоком 1 контролю. Іншими виходами ці
машини через регістр 13 неспівпадання пов'язані з першими входами елементів
АБО 14 і 14', а виходи останніх підключені відповідно до управляючих входів
клапанів блокування 15 і 15'. Вхід першого клапана блокування 15 сполучений з
третім виходом першої цифрової обчислювальної машини 9, вихід цього клапана
поданий на перший перетворювач 10 ''цифра-аналог''. Третій вихід першої
цифрової обчислювальної машини через другий обхідний клапан 16' пов'язаний з
другим перетворювачем 10' ''цифра-аналог''. Третій вихід другої цифрової
обчислювальної машини 9' через другий клапан блокування 15' сполучений з
другим перетворювачем 10', а через перший обхідний клапан 16 — з першим
перетворювачем 10 ''цифра-аналог''.
АРК
РС-203ск.024.668.001ПЗ
7
Зм. Арк № докум. Підпис Дата
За допомогою ручки 2 управління двигуном льотчик встановлює положення
сектора газу. Сигнал управління від ручки 2 передається через гідромеханічний
підсилювач 3, який через виконавчий механізм 4 управляє геометрією двигуна 5 і
витратою палива. Інформація про зовнішні умови і внутрішні параметри двигуна
поступає з датчиків (на рисунку 1 зображено тільки два типи датчиків 6, 6' і 7, 7')
на комутатор вхідних сигналів інтерфейсів 8 і 8' першого і другого електронних
каналів. Сигнали з датчиків, перетворені в цифрову форму, передаються з виходів
інтерфейсів 8 і 8' на ЦОМ 9 і 9'. Сформовані в ЦОМ 9 і 9' управляючі сигнали
передаються через перетворювачі ''цифра-аналог" 10 і 10' на виконавчий
механізм 4, який регулює витрату палива і управляє геометрією двигуна.
Інформація поступає на входи ЦОМ в двійкових кодах, відмінних по величині на
допустимі величини, що виключає порозрядне порівняння на збіг. Для
забезпечення синхронності обробки програм в ЦОМ необхідно забезпечити
усереднювання інформації, що поступає на входи машин. Це досягається
програмними засобами. Коди з виходів ЦОМ подаються на регістр 13
неспівпадання результатів, на якому реалізують логічні функції; виключно АБО.
При неспівпаданні кодів хоча б в одному з розрядів на виході схеми регістра
неспівпадання виникає сигнал блокування, який поступає на перші входи схем АБО
14 і 14', а сигнали з виходів цих схем закривають клапани 15 і 15', синяючи доступ
кодів з ЦОМ до перетворювачів ''цифра-аналог'' 10 і 10'.
Якщо припустити, що помилки одночасно в двох ЦОМ маловірогідні, то
необхідно визначити результат обчислень, який саме ЦОМ помилковий,
Передбачається, що ЦОМ оперує словами, закодованими додатковим
систематичним нероздільним арифметичним кодом з перевірочним модулем
М=2а – 1, де а≥2. Результат обчислення з виходу ЦОМ 9 через клапан 12, який
відкривається сигналом з виходу регістра управління схеми 17 вироблення
управляючого сигналу, поступає на схему контролю 1 по модулю М. Схема
контролю проводить згортку результату обчислень по модулю М і знаходить
помилки, не кратні модулю. Якщо помилка знайдена в ЦОМ 9, то з відповідного
виходу регістра управління схеми 17 вироблення управляючого сигналу поступає
АРК
РС-203ск.024.668.001ПЗ
8
Зм. Арк № докум. Підпис Дата
сигнал на відкриття обхідного клапана 16, через який інформація з виходу ЦВМ
9' поступає на вхід перетворювача ''цифра-аналог'' 10.
В проміжках між обчисленнями основних програм, пов'язаних з
виробленням управляючих сигналів, ЦОМ 9' через блок 11 зв'язку каналом може
звертатися до блоків ЦОМ 9, проводячи операції, пов'язані з діагностикою
останньої.
Якщо помилка в ЦОМ 9', то ті ж згадані маніпуляції проводять з результатом
обчислень ЦОМ 9', але відкривається обхідний клапан 16', через який інформація з
виходу ЦОМ 9 поступає на вхід перетворювача ''цифра-аналог'' 10'.
В тому випадку, якщо пропуск помилок за умов управління повинен
бути менше ніж забезпечує значення модуля М, то після виникнення
сигналу неспівпадання на виході регістра неспівпадання результатів
необхідно по черзі перевірити результати обчислень по модулю М для кожної з
ЦОМ. Якщо і після цього помилка не знайдена, те її значення кратне значенню М
і подальший контроль необхідно виконувати з використанням програмних
засобів.
Окрім названих процедур контролю існує можливість періодичної
перевірки датчиків і перетворювачів "аналог-цифра'', а також ''цифра-аналог''
шляхом почергового використовування інформації з перетворювачів ''аналог-цифра''
з виходу інтерфейсу 8 і 8', а також почергового закриття клапанів 16 і 16' подачею
сигналу з регістра управління схеми вироблення управляючого сигналу на другі
входи АБО 14 і 14'. З’являються можливості різного проходження сигналів з
первинних датчиків і управляючих сигналів з перетворювачів ''цифра-аналог'', і їх
порівняння із заданим допуском.
Подача відповідних сигналів з схеми вироблення управляючих сигналів на
другі входи схем АБО, а також на обхідні клапани робить можливим виключення
з контуру будь-якої з ЦОМ для вирішення інших задач, якщо це необхідне. При
незначних додаткових витратах устаткування для системи з двома електронними
каналами управління використовування пропонованої системи підвищує
швидкодію значно меншими тимчасовими витратами на контроль і діагностику
АРК
РС-203ск.024.668.001ПЗ
9
Зм. Арк № докум. Підпис Дата
системи. Крім того, з'являється можливість незалежної роботи ЦОМ, наприклад,
перемикання одній з ЦОМ на рішення інших задач.
Рисунок 1.1 – Структурна схема системи управління
1.2 Логічний пристрій для обробки інформації
Відомі логічні пристрої для обміну інформацією між оператором і ЕОМ,
що містять блоки управління, оперативну пам'ять, адресні лічильники, канали
обміну інформацією з ЕОМ і індикатор.
Найбільш близьким до винаходу технічним рішенням є логічний пристрій
для обробки інформації, що містить комутатор, пов'язаний з блоком оперативної
пам'яті, який сполучений з виходом адресного лічильника і входом індикатора,
і шифратор, підключений до блоку довготривалої пам'яті. До входу таких
пристроїв можна підключати пульти тільки одного типу з наперед заданим
оперативно-функціональним призначенням. Їх схеми дозволяють здійснювати
лише побайтовий контроль даних, що не забезпечує достатньої достовірності
інформації, що видається і приймається, і звужує область їх застосування.
На рисунку 1.2 приведена функціональна схема пропонованого
логічного пристрою.
АРК
РС-203ск.024.668.001ПЗ
10
Зм. Арк № докум. Підпис Дата
Він містить комутатор 1, сполучений з адресним лічильником 2 і блоком
оперативної пам'яті 3, індикатор 4, блок довготривалої пам'яті 5, шифратор 6,
координатний перетворювач 7, блоки 8 і 9 каналів обміну інформацією з ЕОМ і
суматор 10. До входу Р може бути підключений комплект пультів, а через
блоки 8 і 9 пристрій підключається до комплексу ЕОМ.
Пристрій може працювати в трьох режимах: введення інформації з
пультів, передача інформації на ЕОМ і прийом інформації з ЕОМ.
При введенні інформації з пультів оператор набирає дані, послідовно
натискуючи пультові клавіші. Номери натискуючих клавіш, закодовані
двійково-координатним кодом за допомогою координатного перетворювача 7,
поступають в шифратор 6, який перетворить коди номерів натискуючих клавіш в
коди адрес блоку довготривалої пам'яті 5, однозначно відповідні натискуючим
клавішам, після чого з блоку 5 в комутатор 1 видається паралельно-послідовний
код інформації. Вміст даних в блоці довготривалої пам'яті 5 і кількість клавіш на
пультах можна міняти залежно від необхідності. При цьому клавіші гравірують
відповідно до їх функціонального призначення, а на відповідні адреси блоку 5
заносять необхідну інформацію. Схема пристрою залишається незмінною.
Інформація, що поступила на вхід комутатора 1, вводиться в блок
оперативної пам'яті 3 за адресами, встановлюваними в адресному лічильнику
2. Якщо оператор працює з буквено-цифровим пультом, то установка адреси в
лічильнику 2 проводиться шляхом збільшення його значення на одиницю після
запису в блок оперативної пам'яті 3 поточного символу.
При роботі з функціональним пультом код адреси для блоку оперативної
пам'яті 3 виводиться на адресний лічильник 2 з блоку довготривалої пам'яті 5
одночасно з прочитуванням інформації. При введенні інформації з буквено-
цифрових або функціональних пультів передбачена можливість управління
адресним лічильником 2 за допомогою клавіш редакційного пульта. Інформація,
введена оператором у блок оперативної пам'яті 3, може бути видана на ЕОМ.
В режимі передачі інформації на ЕОМ комутатор 1 підключає через
суматор 10 блок оперативної пам'яті 3 до блоків 8 і 9. Інформація передається
АРК
РС-203ск.024.668.001ПЗ
11
Зм. Арк № докум. Підпис Дата
побайтно шляхом збільшення величини адреси в адресному лічильнику 2 на
одиницю після передачі поточного байта. Всі передавані байти поступають на
вхід суматора 10, з якого в кінці передачі прочитується і передається на ЕОМ
контрольна сума переданого масиву інформації. Блоки 8 і 9 реалізують
стандартні операції початкової вибірки і виконують команди управління
відповідно до вимог ЄС ЕОМ.
В режимі прийому інформація поступає через блоки 8 або 9 в суматор
10 і далі, через комутатор 1, — в блок оперативної пам'яті 3. При цьому прийняті
дані від ЕОМ побайтно підсумовуються суматором 10, отримана в кінці прийому
контрольна сума порівнюється з її значенням, що отрималось в кінці
приймаючого від ЕОМ масиву інформації.
Управління адресним лічильником 2 при прийомі і передачі інформації
здійснюється шляхом передачі з ЕОМ початкової і кінцевої адрес осередків
блоку оперативної пам'яті 3, по яких слід записувати (зчитувати) масив даних.
Початкова адреса встановлює адресний лічильник 2 в початковий стан, кінцевий
— використовується для порівняння кількості фактичних прийнятих (переданих)
байтів з величиною кінцевого стану адресного лічильника 2. Управління
режимами роботи пристрою здійснюється комутатором 1. Процеси
інформаційного обміну у всіх режимах роботи візуально контролюються
оператором за допомогою індикатора 4, підключеного до блоку оперативної
пам'яті 3. Інформація, що міститься в блоці 3, відображається на екрані
індикатора у вигляді буквено-цифрового тексту.
Пропонований пристрій дозволяє підключати до ЕОМ оперативні пульти
різного функціонального призначення без зміни схеми пристрою і забезпечує
достовірний обмін інформацією між оператором і ЕОМ.
В – результаті впровадження пропонованого пристрою можливо
створення уніфікованого ряду робочих місць для операторів АСУ з єдиною
схемно-технічною базою без розробки нових логічних пристроїв, завдяки чому
досягається великий економічний ефект, унаслідок скорочення термінів
розробки нової апаратури робочих місць і спрощення її упровадження.
АРК
РС-203ск.024.668.001ПЗ
12
Зм. Арк № докум. Підпис Дата
Рисунок 1.2 - Функціональна схема логічного пристрою для обробки
інформації
1.3 Резервована управляюча система
Відомий пристрій узгодження системи безпосереднього цифрового
управління [БЦУ] і аналогової системи управління при регулюванні технологічного
процесу, що виконуює функції перемикання з одного виду управління на іншій.
Проте в такому пристрої використана складна схема перемикання.
Відома система централізованого управління за прямим цифровим
принципом з аналоговим дублюванням для послідовного ручного управління, що
містить управляючу обчислювальну машину (УОМ), виконавчі механізми, датчики
величини, що виміряється, аналогові регулятори і пристрої перемикання і
виконуюча функція управління процесом в трьох режимах - безпосереднє цифрове
управління, місцеве управління і ручне управління. Така система не забезпечує
автоматичного ненаголошеного перемикання з одного режиму на іншій.
На малюнку 1.3 представлена блок-схема резервованої управляючої
системи.
АРК
РС-203ск.024.668.001ПЗ
13
Зм. Арк № докум. Підпис Дата
Рисунок 1.3 – Блок-схема резервованої управляючої системи
На малюнку 1.4 - принципова схема блоку перемикачів.
Рисунок 1.4 - Принципова схема блоку перемикачів
Система містить датчик 1, УОМ 2, аналоговий регулятор 3, задатчик
4, розмикаючі 5 і 6 і замикаючі 7 і 8 контакти, блок 9 перемикачів, блок 10
управління аналогового регулятора 3, виконавчий механізм 11 і
виконавський орган 12.
Блок 9 перемикачів включає контакт 13 і 14 УОМ 2, електромагнітне
реле 15 з контактами 16 в 17, електромагнітне реле 18 з контактами 5-8 і
19, і кнопки пуску 20 і зупинки 21 системи.
АРК
РС-203ск.024.668.001ПЗ
14
Зм. Арк № докум. Підпис Дата
Датчик 1, перетворюючий величину керованого параметра, що
виміряється, в струмовий аналоговий сигнал, і задатчик сполучені з УОМ і
аналоговим регулятором.
УОМ служить для автоматичної підтримки на заданому значенні n-го
числа параметрів. При відмові УОМ або відхиленні регульованого параметра
від регламентних значень автоматично перемикається режим управління
параметром з УОМ на аналоговий регулятор за допомогою контактів 5, 7, 6 і
8 блоку перемикачів 9, який для отримання команд і видачі сигналів
сполучений з УОМ і аналоговим регулятором. Вхід зворотного зв'язку
аналогового регулятора через розмикаючі контакти 5 сполучений з виходом
УОМ, а через замикаючі контакти 7 з блоком управління 10 аналогового
регулятора.
Вхід виконавчого механізму 11 сполучений через розмикаючі контакти 6
з аналоговим виходом УОМ, а через замикаючі контакти 8 з виходом блоку
управління аналогового регулятора.
Резервована система працює таким чином.
При нормальному стані системи управління параметрами ведеться в
режимі БЦУ за допомогою УОМ. При цьому контакти 13, 14 замкнуті, реле
15 знаходиться під струмом, і його контакти 16 і 17 замкнуті, а отже, під
струмом і реле 18, через 6 і 5 контакти якого вихідний сигнал з УВМ поступає
на виконавчий механізм 11 і для запам'ятовування на аналоговий регулятор,
електрична схема якого по команді реле 18 перетворюється в ЗУ.
Перехід з режиму БЦУ на управління за допомогою аналогового
регулятора відбувається в наступних випадках: при відмові УОМ
розмиканням контакту 14, при натисненні кнопки 21, при виході параметра
на встановлені граничні значення розмиканням контакту 14 УОМ і при знятті
напруги на УОМ розмиканням контакту 13.
При перемиканні режиму управління параметром з БЦУ на управління
аналоговим регулятором реле 18 знеструмлюється і контактами 5 і 7
відключає вихідний сигнал з УОМ від аналогового регулятора по каналу
АРК
РС-203ск.024.668.001ПЗ
15
Зм. Арк № докум. Підпис Дата
зворотного зв'язку, а підключає блок управління 10. Аналоговий регулятор
по команді реле 18 ставиться в робоче положення, і його вихідний сигнал,
рівний вихідному сигналу, що запам'ятовується, з УОМ у момент
перемикання, подається через контакт 8 до виконавчого механізму 11, а
вихідний сигнал з УОМ контактом 6 відключається від виконавчого
механізму 11. Так як вихідні сигнали з УОМ і аналогового регулятора у
момент перемикання рівні, то при переході з БЦУ на управління аналоговим
регулятором обурення в системі не відбувається. Управляти параметром
дистанційно дозволяє блок управління 10, за допомогою якого можна
ненаголошений перемикати регулятор з автоматичного управління на ручне і
назад.
Перемикання з режиму управління параметром аналоговим
регулятором на БЦУ відбувається при натисненні на кнопку 20. Після цього
УОМ за спеціальною програмою прирівнює свій вихідний сигнал до сигналу
аналогового регулятора і дає команду контактом 14 на перемикання режиму
управління. Реле 18 своїми контактами 7 і 8 відключає від виконавчого
механізму 11 вихідний сигнал з аналогового регулятора і підключає вихідний
сигнал з УОМ. При цьому удару в системі управління не відбувається, оскільки
вихідні сигнали рівні.
Застосування резервованої управляючої системи технологічними
процесами в нафтохімічній і енергетичній промисловості дає економічний
ефект, за рахунок того, що до швидкодії УОМ пред'являються менш жорсткі
вимоги, а сама система простіше і надійніше в експлуатації.
1.4 Пристрій для керування виконавчим механізмом
Відомі пристрої, що забезпечують управління виконавчими механізмами з
перемиканням з цифрового на аналоговий регулятор без збурення на
технологічний процес, містять ЦОМ, аналогові регулятори і схеми перемикання.
АРК
РС-203ск.024.668.001ПЗ
16
Зм. Арк № докум. Підпис Дата
Найближче по технічному існуванню до винаходу пристрій для
управління виконавчим механізмом містить пороговий блок, до першого і
другого входів якого підключені відповідно виходи датчика зворотного зв'язку і
обчислювального блоку, перший вхід обчислювального блоку і перший вхід
аналогового регулятора сполучений з першим виходом порогового блоку, другі
входи обчислювального блоку і аналогового регулятора — з виходом задатчика,
перетворювач струму в тиск, вихід якого підключений до управляючого входу
виконавчого механізму, виходом сполученого з датчиком зворотного зв'язку.
Недоліками відомого пристрою є складність схеми управління і
наявність великого числа елементів для реалізації функції бестолчкового
переходу. Крім того, в пристрої передбачено перемикання з цифрового на
аналоговий регулятор тільки при зупинці обчислювального блоку і немає
перемикання у разі збоїв обчислювального блоку і його неправильної роботи.
На рисунку 1.5 представлена структурна схема пристрою для
управління виконавчим механізмом. Він містить пороговий блок 1, до першого
і другого входів якого підключені відповідно виходи датчика 2 зворотного
зв'язку і обчислювального блоку 3, другий вхід якого і другий вхід аналогового
регулятора 4 сполучений з виходом задатчика 5, перетворювач 6 струму в тиск,
вхід і вихід якого підключені відповідно до виходу суматора 7 і до управляючого
входу виконавчого механізму 8, виходом сполученого з датчиком зворотнього
зв'язку. Перший вхід суматора 7 пов'язаний з виходом аналогового регулятора і
третім входом обчислювального блоку (ЦОМ), другий вхід суматора — з другим
виходом порогового блоку.
Пристрій працює таким чином. Сигнал від задатчика 5 регульованої
величини поступає на вхід обчислювального блоку 3 і аналогового регулятора
4, сигнал від датчика 2 зворотного зв'язку також подається на входи
обчислювального блоку і регулятора. Вихідний сигнал регулятора проходить на
вхід обчислювального блоку і суматор, вихідний сигнал обчислювального блоку
через пороговий блок також поступає на вхід суматора. Аналоговий регулятор
виробляє вихідний сигнал по якомусь найпростішому, наприклад ПІ, закону
АРК
РС-203ск.024.668.001ПЗ
17
Зм. Арк № докум. Підпис Дата
регулювання, обчислювальний блок — сигнал по більш складному
оптимальному закону регулювання. При нормальній роботі обчислювального
блоку на вхід суматора з нього поступає сигнал, що дорівнює різниці вихідного
сигналу аналогового регулятора і сигналу обчислювального блоку, що реалізовує
оптимальний закон регулювання.
Таким чином, вихідний сигнал суматора рівний вихідному сигналу,
розрахованому по оптимальному закону регулювання. Струмовий вихідний
сигнал або будь-який інший електричний сигнал з суматора 7 перетвориться в
перетворювачі 6 в будь-який інший сигнал, що є керівником для виконавчого
механізму 8. У разі зупинки обчислювального блоку на вхід суматора
продовжують поступати вихідний сигнал обчислювального блоку попереднього
такту опиту і сигнал аналогового регулятора, який продовжує працювати
автономно. При пуску обчислювального блоку він знову посилає в суматор
різницю між вихідним сигналом, розрахованим по оптимальному закону
регулювання, і сигналом аналогового регулятора. Таким чином, досягається
перемикання управління виконавчим механізмом з одного виду управління на
іншій без збурення на технологічний процес.
У разі неправильної роботи обчислювального блоку регульована величина
може перевершити допустимі межі, при цьому спрацьовує пороговий пристрій і
відключає сигнал з обчислювального блоку, в роботі залишається тільки
аналоговий регулятор.
Винахід вигідно відрізняється від прототипу, оскільки значно спрощується
схема пристрою, скорочується число елементів, підвищується технологічність
виконання пристрою і надійність його роботи. Пристрій знайде найширше
застосування при резервуванні обчислювальних блоків (ЦОМ) аналоговими
регуляторами.
АРК
РС-203ск.024.668.001ПЗ
18
Зм. Арк № докум. Підпис Дата
Рисунок 1.5 - Структурна схема пристрою для управління виконавчим
механізмом
АРК
РС-203ск.024.668.001ПЗ
19
Зм. Арк № докум. Підпис Дата
2 Обґрунтування технічного завдання
Концентратор інформації (КІ) призначений для організації розподілених
систем передачі даних на ділянках залізниць з використанням фізичних ліній зв'язку і
виділених каналів тональної частоти.
Алгоритм функціонування і процедури інформаційного обміну КІ з закінченим
устаткуванням даних визначаються програмним забезпеченням, що поставляється в
комплекті виробу у вигляді мікросхеми постійного запам'ятовуючого пристрою (ПЗП),
що містить мікросхеми.
КІ може одночасно обслуговувати до шести каналів послідовного інформаційного
зв'язку. При цьому в залежності від типу встановленого модуля (пристрою) перетворення
сигналів (ППС) для кожного каналу забезпечується один з перерахованих видів сполучень:
- сполучення з каналом тональної частоти, що не комутується, з 2-х чи 4-х
провідним закінченням чи з виділеною 2-х провідною фізичною лінією вмонтованим
модулем ППСЧ методом частотної маніпуляції відповідно до ГОСТ 20835-83 зі швидкістю
передачі даних (1200 ± 3) біт/с;
- сполучення з чотирипровідною фізичною лінією зв'язку вмонтованим модулем
ППСС методом "петля струму 20 мА" зі швидкістю передачі даних у лінію 50; 75; 100; 200;
600; 1200; 2400; 4800; 9600 біт/с;
- сполучення з закінченим устаткуванням даних (ЗУД) вмонтованим модулем
ППСС асинхронним методом передачі по ланцюгах стику С2 відповідно до ГОСТ 18145-
81, ГОСТ 23675-79 зі швидкістю передачі даних у лінію 50; 75; 100; 200; 600; 1200; 2400;
4800; 9600 біт/с.
При сполученні КІ з каналом тональної частоти забезпечуються наступні
електричні параметри стику С1-ТЧ відповідно до вимог ГОСТ 25007-81:
- рівень середньої потужності сигналу на виході передавача:
а) для 4-х провідного закінчення - мінус (26 ± 0,26) дБм;
б) для 2-х провідного закінчення - мінус (13 ± 0,13) дБм;
- чутливість по прийому - не менше мінус 30 дБ;
- номінальний вхідний і вихідний опір - (600 ± 60) Ом (на частоті 1000 Гц);
АРК
РС-203ск.024.668.001ПЗ
20
Зм. Арк № докум. Підпис Дата
- затухання асиметрії вхідних і вихідних ланцюгів по відношенню до землі в
робочому діапазоні частот - не менш 43 дБ.
При сполученні KІ з аналогічним ППС по виділеній фізичній лінії зв'язку рівень
середньої потужності сигналу на лінійному виході передавача - не більш 0 дБм.
При сполученні КІ з чотирипровідною фізичною лінією зв'язку з повним опором не
більше 500 Ом методом "петля струму 20 мА" забезпечуються наступні значення величини
струму:
- для значення логічної "1" - плюс (20 ± 2) мА;
- для значення логічного "0" - мінус (20 ± 2) мА.
Умови експлуатації КІ відповідають класифікаційним групам МС1, К1,
встановленим у РД 32 ЦШ 03.07-90.
Живлення КІ здійснюється від мережі промислової частоти (50 ± 1) Гц із
номінальною напругою 220 плюс22
мінус33 В. Потужність, споживана КІ від мережі змінного струму
- не більша 50 Вт.
За рівнем індустріальних радіоперешкод КІ відноситься до устаткування класу А за
ГОСТ Р 51318.22-99, призначеному для експлуатації поза житлових приміщень.
По стійкості до електромагнітних перешкод КІ відноситься до групи СВТІ І за
ГОСТ Р 50839-95. По ступені захисту від ураження електричним струмом КІ відноситься
до устаткування класу І за ГОСТ 12.2.007.0-75.
За ступенем захисту від потрапляння всередину оболонки зовнішніх твердих
предметів і води КІ відноситься до устаткування класу ІP20 за ГОСТ 14254-96 (МЕК 680-
89).
Електрична міцність ізоляції між ланцюгами "+RCV" "-RCV", "+XMІ", "-XMІ"
перетворювача "петля струму 20 мА" модуля ППСС і корпусом КІ - не менше 500 В.
Електрична міцність ізоляції між ланцюгами "220 В" і корпусом КІ - не менше 1,5
кВ. Корпус КІ підключається до контуру захисного заземлення за допомогою гвинтового
зажиму, що забезпечує загальний опір між корпусом і контуром захисного заземлення не
більш 10 Oм.
АРК
РС-203ск.024.668.001ПЗ
21
Зм. Арк № докум. Підпис Дата
3 Розробка структурної та електричної принципової схеми
3.1 Розробка структурної схеми
Принцип роботи КІ заснований на програмному управлінні потоками даних
з метою забезпечення взаємодії КІ з іншими пристроями устаткування передачі
даних по послідовних лініях і каналах зв'язку. Структурна схема КІ представлена на
кресленні РС-203ск.024.668.001 Э1.
КІ є мікропроцесорною системою, в якій модуль мікроконтролера ММК
здійснює управління модулями пристроїв перетворення сигналів (ППС) через
системну шину. Кожне ППС підключається до окремого каналу або лінії зв'язку.
Залежно від необхідного методу передачі (виду каналу) застосовується одне з двох
типів ППС: ППСС або ППСЧ.
Модуль мікропроцесорного контролера MMK є центральним пристроєм
програмного керування КІ.
На структурній схемі, представленої на рисунку 3.1, показані основні
компоненти модуля, об'єднані системою шин і сигналів мікропроцесора.
X T (1 6 М Г ц ) Д іл ь н и к CL K (2 М Г ц )
т а к т ов о ї ч а с т от и
IO W R
К в ар ц е в и й I O R D
р ез о н а т о р Д е ш и ф р а т о р I O R Q
A 4 - A 6 , A 1 2 - A 1 5
X T (1 6 М Г ц ) а д р е с а
S M O - S M 5
PR D
WR Ф о р м у в а ч і
R D
C M O S Р 1 S1 6 с и г н а л ів
Д е ш и ф р а т о р
PS EN к о н ф і г у р а ц і ї П р о г р а м н о - с и с т е м н о ї ш и н и
B S E L
п а м ' я т і о п и т у в а н і
A L E
Ц П У Р е г і с т р - п е р е м и к а ч і
D S 8 0 C 3 2 0 з а м и к а ч A 0 - A 7 A 0 - A 7
R E S
А д ап т е р T X D P 0 D 0 -D 7 D 0 - D 7
R S - 2 32 R X D P 2 A 8 - A 15 A 0 - A 15 A 0 - A 3
R E S Сх е м а
ф о р м у в а н н я
R W D T си г н а л у с к и д у О З У П З У
Рисунок 3.1 – Структурна схема модуля мікроконтролера
В якості центрального процесора (ЦП) модуля ММК використовується
мікроконтролер сімейства MCS-51 DALLAS DS80C320 (DD1). ЦП є основним
АРК
РС-203ск.024.668.001ПЗ
22
Зм. Арк № докум. Підпис Дата
керуючим елементом модуля. Ним здійснюється читання команд із пам'яті,
виконання відповідних операцій, а також виконується запис і читання даних з
пам'яті чи від різних пристроїв введення/виведення.
Тактовий генератор призначений для формування тактової частоти ЦП і
тактових сигналів CLK, необхідних для роботи інших модулів і вузлів КІ. Тактовий
генератор складається з кварцового генератора BQ1 і дільника частоти, функції якого
виконує мікросхема програмувальної логіки DD3. При резонансній робочій частоті
генератора BQ1, рівної 16 МГЦ, частота сигналу CLK дорівнює 2 Мгц.
Постійно запам'ятовуючий пристрій (ПЗП) модуля ММК призначено для
збереження кодів команд робочої програми мікропроцесора.
Оперативно запам'ятовуючий пристрій (ОЗП) модуля ММК призначено для
збереження даних, які процесор може записувати і зчитувати в процесі виконання
програми.
Адресний дешифратор модуля ММК призначений для формування сигналів
вибору зовнішніх модулів КІ, а також для доступу до програмно-опитуваних
перемикачів S1.
Формувачі сигналів системної шини призначені для узгодження низької
навантажувальної здатності шин процесора з навантаженням, що створюється
системною шиною з підключеними до неї зовнішніми модулями.
Схема формування сигналу скидання RES призначена для приведення у
вихідний стан процесора й інших пристроїв, що входять у систему.
У деяких випадках виникає необхідність установки користувачем
визначених параметрів роботи модуля в процесі експлуатації (режими роботи,
адресу і т.п. ). Для цих цілей можуть бути використані вісім програмно -
опитуваних перемикачів S1, конкретне призначення яких встановлюється
розробником програмного забезпечення.
Для збереження деяких важливих параметрів у випадку короткочасних
вимикань чи "провалів" у мережі електроживлення, а також для запам'ятовування
настроювань призначена енергонезалежна пам'ять CMOS. Вміст мікросхеми
АРК
РС-203ск.024.668.001ПЗ
23
Зм. Арк № докум. Підпис Дата
CMOS може записуватися в ході виконання програми і потім зберігатися при
відсутності живлення до десяти років.
У модулі MMK є можливість вибору кодів команд програми, що
виконується, з ОЗП, на відміну від стандартної організації пам'яті мікроконтролерів
сімейства MCS-51, коли вибір команд виробляється з ПЗП, а в ОЗП зберігаються
тільки оперативні дані. Ця особливість модуля дозволяє оперативно змінювати
програму, що виконується, наприклад, шляхом завантаження програми по мережі
передачі даних. У цьому випадку в ПЗП зберігається програма, що реалізує
алгоритм завантаження. По закінченні завантаження керування передається
завантаженій програмі. Вибір пам'яті (ПЗП чи ОЗП), з якої здійснюється читання
кодів виконуваної програми, виробляється переключенням рівня сигналу BSEL.
При низькому логічному рівні на лінії BSEL дешифратором конфігурації пам'яті
рівень сигналу АОЕ встановлюється в "0" (читання з ОЗП) при низькому рівні
сигналу PSEN (читання чергового програмного коду) чи при низькому рівні
сигналу RD (читання даних). Таким чином, і вибір команд, і читання даних
здійснюються з ОЗП.
Для забезпечення нормальної роботи схеми формування сигналу RST в
основному циклі програми КІ виконується команда зміни рівня сигналу на виході
Р3.5 таким чином, щоб на вході RWDT сторожового таймера був присутній меандр
із частотою не менш 1 Гц. У випадку порушення виконання процесором основного
програмного циклу (програмного збою) імпульси RWDT не виробляються, що
приводить до формування сторожовим таймером через двох секунд сигналу RST.
Поточне положення програмно-опитуваних перемикачів може бути опитано
процесором командою читання байта за адресом, зазначеному в таблиці 1 (сигнал
PRD). При цьому замкнутому положенню кожного перемикача S1 відповідає
значення лог. "0" у даному розряді байта, розімкнутому положенню - лог. "1".
Доступ до даних в енергонезалежній пам'яті CMOS здійснюється
послідовно (побітно). Тактові імпульси надходять на вхід SCL. Дані записуються і
зчитуються через вхід SDA. Запис даних можливий тільки при низькому логічному
рівні на вході WP.
АРК
РС-203ск.024.668.001ПЗ
24
Зм. Арк № докум. Підпис Дата
Живлення всіх модулів КІ забезпечується вбудованим вторинним джерелом
електроживлення (ВДЖ). Модуль ВДЖ призначений для перетворення напруги
живлячої мережі 220 В в ряд вторинних стабілізованих напруг, необхідних для
живлення модулів КІ. Модуль забезпечує наступні напруги живлення:
- плюс (5 ± 0,1) В при номінальному струмі навантаження 4 А;
- плюс (12 ± 0,6) В при номінальному струмі навантаження 2 А;
- мінус (12 ± 0,6) В при номінальному струмі навантаження 0,5 А.
Структурна схема модуля ВДЖ представлений на рисунку 3.2. Модуль
ВЖД являє собою джерело живлення з безтрансформаторним входом, що працює
за принципом зворотного перетворення, і складається з мережного випрямляча МВ,
перетворювача напруги ПН, вузла керування ВК і вихідних випрямлячів ВВ.
Т v
+5 В
U c Ме р е ж е в и й П е р ет в о р ю в а ч В и хі д н и й
E +1 2 В
ви п р я м л я ч на п р у г и ви п р я м л я ч -1 2 В
за г а л ь н и й
В у зо л к е р у в а н н я
Рисунок 3.2 – Структурна схема модуля вторинного джерела живлення
Мережевий випрямляч виконує функції випрямлення напруги мережі Uc і
згладжування пульсацій, забезпечує режим плавної зарядки конденсаторів фільтра
при включенні джерела, безперебійність подачі енергії на навантаження при
короткочасних провалах напруги мережі нижче допустимого рівня і зменшує
рівень перешкод за рахунок застосування фільтрів.
На виході МВ формується напруга Е постійного струму, який
характеризується значеннями (264 - 340) В для однофазної мережі 220 плюс22
мінус33 В.
АРК
РС-203ск.024.668.001ПЗ
25
Зм. Арк № докум. Підпис Дата
Перетворювач напруги здійснює перетворення постійної вихідної напруги
МВ у змінну прямокутної форми. Гальванічна розв'язка вхідної мережі з
навантаженням забезпечується трансформатором Тv.
Вузол керування здійснює стабілізацію вихідних напруг методом широтно-
імпульсної модуляції.
Конструктивно КІ представляє собою блок-каркас, що укладений в металевий
кожух. Блок-каркас містить направляючі для установки модулів, сполучну панель і
лицьову панель. На лицьовій панелі розміщені електричні з'єднувачі, підключення
каналів і ліній зв'язку і індикатори стану лінії.
Модулі КІ представляють собою печатні плати розміром 170x170 мм,
виконані з фольгованого стеклотекстоліту з двостороннім розташуванням
печатних провідників. З одного боку печатної плати модуля встановлені
радіоелектронні компоненти. Кожний модуль містить 84-х контактний роз'ємний
електричний з'єднувач для підключення до сполучної панелі.
3.2 Розробка принципової схеми
Модуль перетворення сигналів методом "петля струму 20 мА"
Модуль ППСС призначений для забезпечення інформаційного обміну між
модулем ММК і послідовною фізичною лінією зв'язку чи телеграфним каналом.
Зв'язок модуля ППСС із модулем ММК здійснюється сигналами системної шини
КІ. Модуль містить прийомопередатчик послідовного коду і вузли перетворення
сигналів для сполучення методом "петля струму 20 мА" і "стик С2".
Структурна схема модуля ППСС представлена на рисунку 3.3.
АРК
РС-203ск.024.668.001ПЗ
26
Зм. Арк № докум. Підпис Дата
В н у т р і ш н я ш и н а д а н н и х
AD R 0
Фо р м у в а ч і AD R 1
Си с т е м н а ш и н а си г н а л і в IO R C
си с т е м н о ї I O W C
I N I T П р о г р а м н о -
ш и н и C C L K П р о г р а м у ю ч и й
о п и т у в а н і П р и й о м о п е р е д а т ч и к та й м е р
AD R 2 п е р е м и к а ч і
AD R 3
Ад р е с н и й
д е ш и ф р а т о р
S M O D
R x D
П ри с т р і й T x D
пе р е т в о р е н н я
10 4 си г н а л ів 10 3
10 6 "с т и к С 2 " 10 5
10 7 10 8
П ри с т р і й
пе р е т в о р е н н я
си г н а л ів
+R C V "с т р у м о в а п е т л я + X M IT
- R C V - X M IT
2 0 m A "
Рисунок 3.3 – Структурна схема модуля перетворення сигналів методом "петля
струму 20 мА"
Формувачі сигналів системної шини (елементи DD1, DD2, DD4) призначені
для узгодження навантажувальної здатності ліній системної шини і внутрішніх
ланцюгів модуля. Двоспрямованний формувач шини DD4 призначений для
буферизациї шини даних DAT0 - DAT7.
Буферизація сигналів системної шини ADR0, ADR1, ІORC, ІOWC, ІNІТ і
CCLK здійснюється інверторами DD2.6, DD2.2, DD1.6, DD1.5, DD2.5 і DD2.4
відповідно.
Адресний дешифратор DD3 призначений для формування сигналів вибору
пристроїв введення/виведення, розташованих на модулі ППСС. Вхідними сигналами
дешифратора є сигнали SMOD, ADR2 і ADR3. Відповідність вихідних сигналів
дешифратора стану ліній ADR2 і ADR3 при низькому рівні сигналу SMOD приведене
в таблиці 3.1.
АРК
РС-203ск.024.668.001ПЗ
27
Зм. Арк № докум. Підпис Дата
Таблиця 3.1 – Відповідність вихідних сигналів дешифратора
BO Bl B2 B3 Пристрій
Адрес
ADR2 ADR3 (CS3) (CS2) (CS1) (CS0) введення/виведення
00h - 03h 1 1 1 1 1 0 DD6
04h - 07h 0 1 1 1 0 1 DD5
08h - 0Bh 1 0 1 0 1 1 DD9
Прийомопередатчик модуля ППСС реалізований на БІС КР580ВВ51 (DD5) і
призначений для перетворення паралельного коду шини даних D0 - D7, одержуваного
від центрального процесора модуля ММК, у послідовний потік символів зі
службовими бітами і видачі цього потоку через пристрій перетворення сигналів у
послідовний канал зв'язку з різною швидкістю, а також для зворотного перетворення
послідовного потоку символів у рівнобіжне 8-ми розрядне слово. Передана і прийнята
інформація при необхідності може контролюватися на парність (непарність).
Програмувальний таймер модуля ППСС виконаний на мікросхемі 82С54
(DD6), (вітчизняний аналог КР1810ВИ54), і призначений для формування частоти
синхронізації прийопередавача, а також може використовуватися розробником
програмного забезпечення КІ для формування різних тимчасових інтервалів.
Вузол перетворення сигналів "стик С2" призначений для прямого і зворотного
перетворення рівнів напруги прийопередавача в сигнали з електричними параметрами,
що задовольняють вимогам ГОСТ 23675-79 для несиметричних ланцюгів стику С2.
Вузол перетворення сигналів "петля струму 20 мА" призначений для
сполучення модуля ППСС із телеграфним каналом зв'язку і роботи з фізичною лінією.
Вузол забезпечує прийом і передачу двополярних струмових посилок з номінальним
лінійним струмом 20 мА.
Після включення живлення КІ від модуля ММК надходить сигнал ініціалізації
ІNІТ, що встановлює прийомопередатчик DD5 модуля у вихідний стан, а також
запускається перетворювач напруги, виконаний на елементах VT1, VT2, Т1. Далі,
відповідно до програми КІ, виробляється програмування режимів роботи
АРК
РС-203ск.024.668.001ПЗ
28
Зм. Арк № докум. Підпис Дата
прийопередавача DD5 і таймера DD6 шляхом запису у відповідні внутрішні регістри
керуючих команд.
Запис команд і даних у регістри модуля здійснюється через формувачі сигналів
системної шини. Тимчасова діаграма циклу читання і записи системної шини
зазначена на рисунку 3.4.
При записі команд чи даних на адресних лініях системної шини ADR0 - ADR3
встановлюється адрес регістра, у який будуть записуватися дані, на шині даних DAT0
- DAT7 установлюється записуваний байт даних. По сигналу SMOD дані через
двоспрямованний формувач шини DD4 надходять на внутрішню шину даних D0 - D7
модуля, а адресним дешифратором DD3 (відповідно до таблиці 2) виробляється вибір
відповідного пристрою введення/виведення; необхідний регістр у пристрої
введення/виведення вибирається сигналами ADR0 - ADR1 По сигналу запису ІOWR
виробляється запис даних у регістр.
При читанні даних на адресних лініях системної шини встановлюється адрес
регістра, що читається, і при низькому рівні на виводі SMOD, що дозволяє роботу DD4,
по сигналу читання ІORD, що встановлює напрямок передачі DD4 з ліній А0 - А7 на
лінії В0 - У7, дані з регістра, що читається, надходять на шину даних модуля D0 - D7 і
системну шину даних DAT0 –DAT7.
Канал "0" програмувального таймера використовується для розподілу частоти
CCLK, що надходить на вхід С0, до значення, необхідного для забезпечення заданої
швидкості роботи прийопередавача, для чого частота з виходу OUT0 надходить на
входи синхронізації Тхс і RxС мікросхеми DD5.
АРК
РС-203ск.024.668.001ПЗ
29
Зм. Арк № докум. Підпис Дата
Рисунок 3.4 – Тимчасова діаграма циклу читання і запису системної шини
Сигнал з виходу OUT0 каналу "0" надходить на вхід С1 лічильника каналу "1",
що може використовуватися розробником програмного забезпечення КІ в режимі "0"
у якості формувача тимчасового інтервалу, пропорційного швидкості роботи
прийопередавача (наприклад, часу чекання відповіді). Поточний стан каналу "1"
(OUT1) може бути порахований процесором через DD9.
Модуль ППСС використовує асинхронний режим роботи
прийомопередатчика DD5. Це означає, що дані передаються окремими пакетами, а не
безперервно.
Кожен пакет даних починається з негативного імпульсу "старт-біт", який
триває одну одиницю часу (як і один біт даних). Цей імпульс синхронізує приймач з
потоком даних.
АРК
РС-203ск.024.668.001ПЗ
30
Зм. Арк № докум. Підпис Дата
Наприкінці кожного пакета генерується позитивний імпульс "стоп-біт". Його
тривалість може змінюватися (1, 1.5, або 2 біти). Цей імпульс повідомляє приймачу
про кінець пакета. Тривалість "стоп-біта" налаштовується програмно.
Швидкість передачі даних визначається режимом роботи і дорівнює 1/16 від
частоти, що надходить на входи ТхС і RxС прийомопередавача.
Детальніше про асинхронний режим роботи можна дізнатися на рисунку 3.5.
Після запису даних у мікросхему в паралельному форматі до кожного пакета
автоматично додаються старт-біт і стоп-біт.
Якщо активовано режим контролю парності, то перед бітами зупинки
додається біт контролю парності.
Рисунок 3.5 – Тимчасова діаграма роботи прийопередавача в режимі
асинхронної передачі
АРК
РС-203ск.024.668.001ПЗ
31
Зм. Арк № докум. Підпис Дата
Якщо інструкцією команди передача дозволена, і на вході CTS
установлена напруга низького рівня (зовнішній пристрій готовий прийняти
дані), то інформація у вигляді послідовного потоку даних подається на вихід
TxD зі швидкістю 1/16 частоти синхронізації передавача ТхС. Якщо мікросхема
не містить інформацію для передачі, то на виході TxD встановлюється напруга
високого рівня.
Тимчасова діаграма для режиму асинхронного прийому приведена на
рисунку 3.6.
Рисунок 3.6 – Тимчасова діаграма роботи приемопередавача в режимі
асинхронного прийому
Напруга високого рівня на вході RxD свідчить про те, що в даний момент немає
прийому інформації. Поява на вході RxD напруги низького рівня свідчить про прихід
АРК
РС-203ск.024.668.001ПЗ 32
Зм. Арк № докум. Підпис Дата
старт-бiта. Істинність цього біта перевіряється вдруге стробуванням у його середині.
Якщо наявність напруги низкою рівня на вході підтверджується, то запускається
лічильник бітів, що дозволяє визначити кінець бітів даних, біт контролю (якщо він
запрограмований) і стоп-біт. Якщо при вторинній перевірці на вході RxD виявляється
напруга високого рівня, то приймач переходить у вихідний стан.
Якщо в прийнятих даних присутня помилка, то внутрішній тригер помилки
парності встановлюється в одиничний стан. Якщо при аналізі стоп-біта на вході RxD
виявляється напруга низького рівня, то тригер помилки стоп-біта встановлюється в
одиничний стан. Стоп-біт сигналізує про те, що дані знаходяться в приймачі. Прийняті
дані передаються у вихідний регістр даних, при цьому на виході RRDY з'являється
напруга високого рівня, сигналізуючи про готовність прийнятих даних. Якщо
попередній символ не був порахований процесором, то прийнятий символ заміщає
його у вихідному регістрі, а тригер помилки переповнення встановлюється в
одиничний стан.
Наявність помилок у тригерах не припиняє роботу мікросхеми. Вони можуть
бути пораховані процесором і скинуті записом у прийомопередавач відповідної
інструкції.
Сигнали з виходів TRDY (передавач готовий) і RRDY (приймач готовий)
надходять через елемент DD8.3 на формувач сигналу запиту переривання ІNT.
При використанні ППС "Стик С2" на входи Х приймачів лінійних сигналів
(DD7.1, DD7.2, DD7.3) з канальних роз’ємів корпуса надходять двуполярні сигнали
ліній 104 (прийняті дані), 107 (апаратура передачі даних готова) і 106 (готовий до
передачі) з напругою мінус (3 - 12) В (відповідає рівню лог. "1") і плюс (3 - 12) В
(відповідає рівню лог. "0"). Сигнал з виходу приймача DD7.1 надходить через елемент
DD8.1 на вхід RxD (прийняті дані) прийомопередавача, а також через елемент DD1.4
на світлодіод ПРИЙОМ відповідного каналу, розташований на лицьовій панелі КІ.
Робота приймачів дозволена подачею напруги високого рівня через резистор R12 на
входи С.
Мікросхеми передавачів лінійних сигналів DD10, DD11 призначені для
перетворення рівнів вихідних сигналів DTR, RTS і TxD прийомопередавача DD5 у
АРК
РС-203ск.024.668.001ПЗ
33
Зм. Арк № докум. Підпис Дата
двополярні сигнали ліній 108 (устаткування даних готове), 105 (запит передачі) і 103
(передані дані) напругою від мінус 12 до плюс 12 В. Сигнал TxD прийомопередавача
також надходить через елемент DD1.3 на світлодіод ПЕРЕДАЧА відповідного каналу,
розташований на лицьовій панелі КІ. Робота передавачів лінійних сигналів дозволена
подачею напруги високого рівня на входи С через резистор R4.
При використанні ППС "петля струму 20 мА" струмові посилки з лінії "+RCV"
і "-RCV" надходять через канальні роз’єми корпуса на ланцюг R9, VD3, R10, R11, VU1
модулі. Транзисторна оптопара VU1 призначена для гальванічної розв'язки і
посилення сигналів лінії зв'язку. Вихідний сигнал з оптопари VU1 через елементи
DD2.3 і DD8.1 надходить на вхід RxD прийомопередавача.
Передавач струмових посилок у лінію складається з комутатора двополярного
струму і перетворювача напруги для його живлення. Посилки послідовного коду з
виходу TxD приемопередавача надходять через елемент DD8.4 на оптопару VU2.
Комутатор струму на транзисторах VT3 - VT7, що керується оптопарою VU2, здійснює
переключення напрямку струму в лінії "+XMІ", "-XMІ". Стабілізатор струму
виконаний на елементах VT8, VD12, VD13, R22, R23. Значення струму в лінії,
дорівнює 20 мА, установлюється резистором R22. Діоди VD8 - VD11 призначені для
захисту ланцюгів комутатора від перенапруг, що виникають у лінії зв'язку.
Двотактний перетворювач напруги виконаний на елементах VT1, VT2, Т1.
Живлення перетворювача здійснюється від ланцюга "+12 В". Фільтр L1, С15
призначений для придушення імпульсних перешкод у ланцюгах живлення, що
виникають при роботі перетворювача. Транзистори VT1, VT2 працюють за схемою
двотактного генератора на частоті 20 кГц. Змінна напруга з вихідної обмотки "7-9"
трансформатора Тv1 надходить на двохполуперіодний випрямляч VD4 - VD7, на
виході якого встановлюється напруга 24 В для живлення комутатора струму лінії.
Модуль пристрою перетворення сигналів методом частотної маніпуляції
Модуль ППСЧ призначений для сполучення КІ з виділеним каналом тональної
частоти чи аналогічним ППС по виділеній фізичній лінії зв'язку. Інформаційний обмін
модуля ППСЧ із модулем ММК здійснюється сигналами системної шини КІ. Модуль
АРК
РС-203ск.024.668.001ПЗ
34
Зм. Арк № докум. Підпис Дата
містить прийомопередавач послідовного коду і пристрій перетворення сигналів, що
забезпечує послідовну передачу даних відповідно до ГОСТ 20855-83.
Структурна схема модуля ППСЧ представлена на рисунку 3.7. Формувачі
сигналів системної шини (елементи DD1, DD2, DD4) призначені для узгодження
навантажувальної здатності ліній системної шини і внутрішніх ланцюгів модуля.
Двоспрямованний формувач шини DD4 призначений для буферизації шини даних
DAT0 - DAT7.
В н у т р і ш н я ш и н а д а н и х
Ф о р м у в а ч і
A D R 1
с и г н а л ів A D R 0
Си с т е м н а ш и н а с и с т е м н о ї I O R C
ши н и I O W C
I N IT П р о гр а м н о -
CC L K П р ог р а м о в а н и й
оп и т у в а н і П р ий о м о п е р е д а в а ч
т а й м е р
п ер е м и ка ч і
S M O D
A D R 2 Ад р е с н и й CS 2
C S 1
A D R 3 д е ш и ф р а т о р C S 0
R x D T xD
М о д у л я т о р / С хе м а к е р у в а н н я
де м о д у л я т о р н ес у ч о ї
Т р ак т п р и й о м у Т р ак т п е р е д а ч і
L IN P Л і н і й н и й П ід с и л ю в а ч - Л і н і й н и й
П ід с и л ю в а ч L O U T
т р а н с ф о р м а т о р S5 о бм е ж у в а ч т р а н с ф о р м а т о р
Рисунок 3.7 – Структурна схема модуля перетворення сигналів методом
частотної маніпуляції
Буферизація сигналів системної шини ADR0, ADR1, ІORC, ІOWC, ІNІТ і CCLK
здійснюється інверторами DD2.6, DD2.2, DD1.6, DD1.5, DD2.5 і DD2.4 відповідно.
Адресний дешифратор DD3 призначений для формування сигналів вибору
пристроїв введення/виведення, розташованих на модулі ППСЧ. Вхідними сигналами
дешифратора є сигнали SMOD, ADR2 і ADR3. Відповідність вихідних сигналів
дешифратора стану ліній ADR2 і ADR3 при низькому рівні сигналу SMOD приведене в
таблиці 3.2.
АРК
РС-203ск.024.668.001ПЗ
35
Зм. Арк № докум. Підпис Дата
Таблиця 3.2 Відповідність вихідних сигналів дешифратора
Адрес ADR2 ADR3 B0(CS3) B1(CS2) B2(CS1) B3(CS0) Поистрій
Введення/виведенн
я
00h – 03h 1 1 1 1 1 0 DD6
04h – 07h 0 1 1 1 0 1 DD5
08h –0Bh 1 0 1 0 1 1 DD9
Прийомопередавач модуля ППСЧ реалізований на БІС КР580ВВ51 (DD5) і
призначений для перетворення паралельного коду шини даних D0 - D7,
одержуваного від центрального процесора модуля ММК, у послідовний потік
символів зі службовими бітами і видачі цього потоку через пристрій перетворення
сигналів у послідовний канал зв'язку з різною швидкістю, а також для зворотного
перетворення послідовного потоку символів у паралельне восьмирозрядное слово.
Передана і прийнята інформація при необхідності може контролюватися на парність
(непарність).
Програмувальний таймер модуля ППСЧ виконаний на мікросхемі 82С54
(DD6), аналогу КР1810ВІ54, і призначений для формування частоти синхронізації
прийомопередавача, а також може використовуватися розробником програмного
забезпечення КІ для формування різних тимчасових інтервалів.
Схема керування несущої виконана на елементах DD7, DD10, DD11 і
призначена для формування тимчасової затримки початку передачі після включення
сигналу RTS прийомопередавача, що необхідна для встановлення перехідних
процесів у лінії зв'язку.
Модулятор/демодулятор модуля ППСЧ виконаний на мікросхемі FX604
(DA4) (можливе постачання виробу з мікросхемою DA1 ТСМ3105) і призначений
для перетворення сигналів тональної частоти, що надходять від прийомного тракту,
у послідовні кодові посилки RxD, що приймаються прийомопередавачем, а також для
АРК
РС-203ск.024.668.001ПЗ
36
Зм. Арк № докум. Підпис Дата
перетворення вихідної послідовності прийомопередавача TxD у частотно-
модульований сигнал для наступної передачі в лінію зв'язку.
Прийомний тракт модуля ППСЧ призначений для посилення й узгодження
сигналів тональної частоти, що надходять з лінії зв'язку LІNP.
Тракт передачі модуля ППСЧ призначений для посилення частотно-
модульованого сигналу, що надходить від модулятора, і його узгодження з лінією
зв'язку LOUT.
Після включення живлення КІ від модуля ММК надходить сигнал ініціалізації
ІNІТ, що встановлює прийомопередавач DD5 і схему керування несущої модуля у
вихідний стан. Далі, відповідно до програми КІ, виробляється програмування
режимів роботи прийомопередавача DD5 і таймера DD6 шляхом запису у відповідні
внутрішні регістри керуючих команд.
Швидкість прийому/передачі даних модуля ППСЧ дорівнює 1200 біт/c і
визначається частотою синхронізації рівної 19,2 кГц, що надходить на входи ТхС і
RxС прийомопередавача з виходу OUT0 мікросхеми DD6, а також коефіцієнтом
розподілу рівним 1/16, що задається інструкцією режиму.
В іншому робота прийомопередавача аналогічна описаної в п.п. 3.1
Після впливу сигналу системного скидання ІNІТ схема керування несущої
забороняє роботу передавача подачею сигналу високого рівня з виходу тригера
DD7.1 на вхід CTS прийомопередавача DD5. При цьому забороняється робота
лічильників DD10, DD11 подачею сигналу високого рівня на входи R з виходу
тригера DD7.2 і модулятор/демодулятор переключається в режим прийому
(вимикання несущої).
Для включення несущої сигнал RTS повинний бути програмно встановлений
у значення лог. "0". При цьому дозволяється робота лічильників DD10 і DD11, а
також відбувається переключення модулятора/демодулятора в режим передачі, і в
лінію зв'язку починає надходити сигнал несущої з частотою, обумовленої рівнем
сигналу TxD. Через 256 періодів сигналу синхронізації прийомопередавача
відбувається переповнення лічильника DD11, що приводить до переключення
тригера DD7.1 у стан лог. "1". На виході 6 DD7.1 з'являється лог. "0" (сигнал CTS),
АРК
РС-203ск.024.668.001ПЗ
37
Зм. Арк № докум. Підпис Дата
що дозволяє роботу передавача. У такий спосіб забезпечується затримка початку
передачі для встановлення несущої в лінії зв'язку. Модулятор/демодулятор у режимі
передачі забезпечує видачу на передавальний тракт (при низькому рівні напруги на
виході RTS прийомопередавача DD5) сигналу частотою 1300 Гц при високому рівні
напруги на виході 19 (TxD) прийомопередавача і частотою 2100 Гц при низькому
рівні напруги на виході TxD.
Переключення режимів прийому і передачі виробляється шляхом подачі на
входи М0 і M1 відповідного коду (таблицz 3.3).
Таблиця 3.3 – Переключення режимів і передачі
M0 M1 Режим
1 0 Передача 1200 біт/с
0 1 Прийом 1200 біт/с
Посилення частотно-модульованого сигналу здійснюється операційним
підсилювачем DА3. Рівень сигналу регулюється багатооборотним
потенціометром R24. Межі регулювання рівня сигналу задаються перемикачами
S6 - S8 (таблиця 3.4). Лінійний трансформатор Т2 забезпечує гальванічну
розв'язку ланцюгів модуля і лінії зв'язку.
Таблиця 3.4 – Межі регулювання рівня сигналу
Тип каналу S6 S7 S8 Межі регулювання
Канал ТЧ двопровідний Х от мінус 13 до мінус 9 дБ
Канал ТЧ Х от мінус 26 до мінус 20 дБ
чотирипровідний
Виділена лінія Х Х От мінус 26 до 0 дБ
Примітка – Х – перемикач встановлений
По закінченні передачі останнього інформаційного біта на виході TxEND
прийомопередавача установлюється високий логічний рівень, що приводить до
АРК
РС-203ск.024.668.001ПЗ
38
Зм. Арк № докум. Підпис Дата
установки тригера DD7.2 у вихідний стан (за умови, що сигнал RTS програмно
встановлений у "1"), забороні роботи передавача по входу CTS і переключенню
модулятора/демодулятора в режим прийому (вимикання несущої).
Лінійний трансформатор Т1 забезпечує гальванічну розв'язку лінії зв'язку з
ланцюгами модуля. Вхідний сигнал обмежується стабілітронами VD3 і VD4 і потім
підсилюється елементами DA2.1 і DA2.2. Посилений сигнал надходить на вхід
демодулятора.
Перемикачем S5 установлюється режим чотирипровідного (замкнуті
контакти 2 і 3) чи двопровідного (замкнуті контакти 1 і 2) підключення до лінії
зв'язку. У випадку двопровідного підключення сигнали лінії надходять на вхід тракту
прийому через лінійний трансформатор Тv2 тракти передачі.
АРК
РС-203ск.024.668.001ПЗ
39
Зм. Арк № докум. Підпис Дата
4 Розрахунок основних вузлів концентратора інформації
4.1 Розрахунок стабілізатора струму
В сучасних електронних схемах широко використовуються елементи,
призначені для підтримки постійності величини струму в тих або інших ланцюгах.
Ці елементи отримали назву стабілізаторів струму.
Рисунок 4.1 – Транзисторний стабілізатор струму
В ланцюг емітера транзистора VT включений резистор Rе, а між джерелом
вхідної напруги і базою цього транзистора через обмежувальний резистор Rб
включені кремнієві діоди VD1, VD2. Задача полягає в тому, щоб стабілізувати
струм колектора I k = I 0
Цей струм пов'язаний із струмом емітера і струмом бази транзистора
залежністю
I 0 = I е − I б (4.1)
де І0 – стабілізований струм; Іе – струм емітера транзистора; Іб – струм бази
транзистора.
З схеми видно, що струм емітера
I U −U
е =
ст еб (4.2)
Rе
АРК
РС-203ск.024.668.001ПЗ
40
Зм. Арк № докум. Підпис Дата
де Uст – напруга стабілізації; Uеб – напруга між базою і емітером; Rе – опір
емітера;
Підставляючи вираз (4.2) у формулу (4.1), отримаємо
I α (U
= ст −U эб ) U
= ст −U эб
0 − I б (4.3)
Rэ Rэ
де Іб – струм бази,
I 180−30 −3
0 = 3 −10 ⋅10 = 20мА
5 ⋅10
звідки витікає, що якщо напруги на стабілітроні і на переході емітер — база
транзистора змінюються під впливом чинників, що дестабілізували, однаково, то
струм колектора буде стабілізований. Для цього, зокрема, TKU діодів VD1 і VD2
переходу емітер — база транзистора VT повинні бути рівний, а резистор Rе повинен
володіти мінімальною величиною температурного коефіцієнта опору.
Стабілізатор працює так. Припустимо, що із тієї або іншої причини струм
емітера транзистора зріс. Тоді на резисторі Rе збільшується падіння напруг, яка
прикладена до діодів, напруга на якій незмінна, до ділянки емітер — база (плюс на
емітері, мінус на базі). Така полярність напруги для транзистора типу nрn
приводить до збільшення опору транзистора і відновлення колишнього значення
емітерного струму. При незмінній величині Iе струм колектора Ік=І0 також
залишиться незмінним.
4.2 Розрахунок двохтактного перетворювача напруги
Перетворювачі постійної напруги використовуються як економічні
компактні джерела високої напруги для живлення найрізноманітніших
електронних пристроїв, головним чином переносних і мініатюрних. До таких
пристроїв можна віднести концентратор інформації.
Основним елементом схеми будь-якого транзисторного перетворювача є
автогенератор, який, одержуючи енергію від джерела постійної напруги, виробляє
змінну напругу з необхідною амплітудою. Отримана змінна напруга звичайним
АРК
РС-203ск.024.668.001ПЗ
41
Зм. Арк № докум. Підпис Дата
шляхом випрямляється і після відповідної фільтрації поступає до навантаження у
вигляді випрямленої напруги необхідної величини.
На рисунку 4.2 приведена двотактна схема транзисторного перетворювача
постійної напруги.
L 1
+ 1 2 B T1
C1 5 V T 1
G N D V D 4 V D 5
V T 2
R1 9 V D 6 V D 7
R2 0 C1 6
C1 7
Рисунок 4.2 – Двохтактна схема транзисторного перетворювача постійної
напруги
Автогенератор складається з двох транзисторів, включених по схемі із
загальним емітером, і трансформатора, що має колектор Wк, базову Wб і вихідну
Wвих обмотки. Сердечник трансформатора виконаний з матеріалу з прямокутною
петлею 42істерезисну. Дільник напруги R19R20 служить для запуску
перетворювача при включенні живлячої напруги Е. В цьому випадку на опорі R20,
шунтованому конденсатором C, з’являється невелика негативна напруга (порядку
0,5В), яка прикладається до баз транзисторів, викликаючи відмикання якого-небудь
з них.
Припустимо, що в деякий момент часу відкритий транзистор VT1, тоді
напруга Е (за вирахуванням невеликого падіння напруги на ділянці емітер —
колектор відкритого транзистора) виявиться прикладеною, до половини обмотки
колектора Wk′ і створюватиме на ній і на інших обмотках е. д. с.
АРК
РС-203ск.024.668.001ПЗ 42
Зм. Арк № докум. Підпис Дата
При цьому е. д. с. базової обмотки Wб′ створює на базі транзистора VТ1
негативну напругу по відношенню до емітера, а е. д. с. обмотки Wб′′ у цей момент
створюється на базі транзистора VT2 позитивна напруга по відношенню до
емітера. Отже, в той час, коли транзистор VT1 відкритий, транзистор VT2
замкнутий. Транзистор VT1 буде відкритий до тих пір, поки магнітний потік в
сердечнику трансформатора не досягне величини насичення. Оскільки у цей
момент швидкість зміни магнітного потоку стає рівною нулю (або дуже малою),
то е. д. с. у всіх обмотках трансформатора також стане близькою до нуля. Різке
зменшення струмів в обмотках, що відбувається при цьому, викликає появу в
обмотках е. д. с. з протилежною полярністю. Тепер базова обмотка Wб′′ створює
на базі транзистора VT2 негативну напругу по відношенню до емітера, що
приводить до відмикання цього транзистора і виникнення струму в обмотці
колектора Wk′′ При цьому зростає е. д. с. базової обмотки Wб′′ , що приводить до
подальшого збільшення колектора, струму і т.д. Процес протікає лавиноподібно і
дуже швидко приводить транзистор VT2 в режим насичення. В результаті цього
процесу майже вся напруга Е виявиться прикладеною до половини обмотки
колектора Wk′′ . Таким чином, за допомогою двох транзисторів здійснюється
комутація струму в обмотці колектора трансформатора, а напруга на кожній
половині обмотки має практично прямокутну форму.
Виниклі на первинній обмотці трансформатора коливання напруги
трансформуються у вторинну (що підвищує) обмотку і після випрямляння
створюють на навантаженні вихідну постійну напругу заданої величини.
Визначаємо число витків кожної обмотки
W1 =U1 ⋅ N (4.4)
W2 =U 2 ⋅ N (4.5)
де W1, W2 – кількість витків першої і другої обмотки відповідно; U1, U2 –
напруга на першій і другій обмотці трансформатора; N – коефіцієнт передачі
трансформатора
W1 = 220 ⋅18,8 = 4136вит
АРК
РС-203ск.024.668.001ПЗ
43
Зм. Арк № докум. Підпис Дата
W2 =14 ⋅18,8 = 264вит .
Визначаємо діаметр проводу обмотки виходячи з того що трансформатори
до 200 Вт мають густину струму в обмотці 2 Ам/мм2
d = 0,8 I (4.6)
де d - діаметр проводу обмотки; І – струм відповідної обмотки.
Визначаємо струм первинної обмотки
I P
1 =
1 (4.7)
U1
де І1 – струм первинної обмотки; Р1 – потужність первинної обмотки
I 10,3
1 = = 0,047A
220
d1 = 0,8 0,047 = 0,173мм d 2 = 0,8 0,5 = 0,565мм .
Із довідника вибираємо провід ПЭВ-1 [34] діаметром d1 = 0,20мм
d1 = 0,62мм
Вибираємо тип діодів мосту зворотна напруга на кожний діод мостової
схеми з ємнісним навантаженням
U зв =1,5U 0′ (4.8)
U 0′ =1,2U 0 (4.9)
Підставляючи вираз (4.9) у формулу (4.8), отримаємо
U зв =1,5 ⋅1,2 ⋅U 0 (4.10)
де Uзв – зворотна напруга; U0 – вхідна напруга
U зв =1,5 ⋅1,2 ⋅12 = 21,6B .
Середнє значення струму діоду для мостової схеми
I cp = 0,5I 0 (4.11)
де Іср - середнє значення струму; І0 – вхідний струм
Icp = 0,5 ⋅ 0,5 = 0,25(A) .
Таким чином вибираємо діоди КД522Б для яких Іср max = 300 мА, що більше
ніж Іср = 250 мА Uзв max = 100 В > Uзв = 21,6 В.
АРК
РС-203ск.024.668.001ПЗ
44
Зм. Арк № докум. Підпис Дата
Визначаємо ємність конденсатора на виході випрямляча, який забезпечує
пульсацію випрямленої напруги порядком 10 %
C 25І
= 0
ф (4.12)
U 0
де Сф – ємність конденсатора на виході випрямляча
C 25 ⋅ 0,5 ⋅103
ф = =1041мкФ .
12
Визначаємо робочу напругу конденсатора
U роб =1,5U 0 (4.13)
де Uроб – робоча напруга конденсатора
U роб =1,5 ⋅12 =18B .
Із довідника [34] вибираємо тип конденсатора К10-17-1б-Н90-1000 мкФ-25В.
4.3 Розрахунок LC-фільтра
Розраховуємо LC-фільтр при U0 = 12 В, І0 = 0,25 А,
Кп = 0,05 %, Сф = 1000 мкФ
де Кп – коефіцієнт пульсації;
U0 – напруга на вході;
І0 – струм на вході;
Сф – ємність конденсатора на вході фільтру.
Уточнюємо коефіцієнт пульсації на вході фільтру
К 300 ⋅ I
пвх =
0 (4.14)
U 0Cф
К 300 ⋅ 0,058
пвх = =1,45% .
12 ⋅1000
Визначаємо коефіцієнт згладжування фільтру
q К
= ПВХ (4.15)
Кп
q 1,45
= = 29
0,05
АРК
РС-203ск.024.668.001ПЗ
45
Зм. Арк № докум. Підпис Дата
де q – коефіцієнт згладжування фільтру.
Так як q < 30 то використовуємо одно ланковий фільтр.
Визначаємо добуток L-фільтру та С-фільтру
LфСф = 2,5(q +1) (4.16)
LфСф = 2,5(29 +1) = 75Гн ⋅ мкФ .
Із конструктивних думок індуктивність фільтру повинна бути на багато
менше одного Генрі.
Приймаємо ємність фільтру Сф=500мкФ і вибираємо конденсатор типу К50-
36-500,0мкФ-25В U роб =1,5U 0
де Uроб – робоча напруга конденсатора
U роб = 1,5 ⋅12 = 18B .
Визначаємо індуктивність дроселя фільтру
L С
L = ф ф
ф (4.17)
Сф
де Lф – індуктивність дроселя фільтру
L 75
ф = = 0,15Гн .
500
Розраховуємо конструктивні параметри дроселя.
Ширина середнього стержня сердечника а дорівнює
a = 3,24 L І 2
ф 0 (4.18)
a = 3,24 0,15 ⋅0,0582 = 0,8см = 8мм .
По довіднику визначаємо сердечник типу Ш8 сердечник має площу вікна
рівною
S0 = b ⋅ h (4.19)
де b – ширина вікна в см; h – висота вікна в см; S0 – площа вікна
S0 = 0,9 ⋅3,15 = 2,84см = 284мм 2 .
Визначаємо число обмотки дроселя
АРК
РС-203ск.024.668.001ПЗ
46
Зм. Арк № докум. Підпис Дата
W S ⋅ K ⋅ δ
1 =
0 вік (4.20)
І 0
де W1 – число обмотки дроселя; S0 – площа вікна в мм, Квік – коефіцієнт
заповнення вікна, Квік = 0,27 ÷ 0,35, δ – густина струму, δ = 2 ÷ 3 А
2
мм
W 284 ⋅0,3 ⋅ 2
1 = = 682вит .
0,058
Визначаємо діаметр проводу обмотки дроселя
d = 0,8 I (4.21)
де d - діаметр проводу обмотки дроселя; І – струм, що проходить через
дросель
d = 0,8 0,058 = 0,4мм .
По довіднику приймаємо провід ПЭВ-1 діаметром 0,45 мм.
Визначаємо площу перерізу сердечника дроселя, де В = (0,8 ÷ 0,9)
L 4
S = ф ⋅ І 0 ⋅10
(4.22)
В ⋅W
де S – площf перерізу сердечника дроселя
S 0,15 ⋅ 0,058 ⋅104
= =0,27см2
0,8 ⋅ 682
Визначаємо товщину набора:
c S
= (4.23)
a
де с – товщина набору
c 0,27
= = 0,24см
0,8
Визначаємо активний опір R обмотки, для цього підрахуємо середню
довжину одного витка:
l = 2(a + c) + πb (4.24)
де l - середня довжина одного витка
l = 2(0,8 + 0,24) + 3,14 ⋅0,9 = 5,1см
АРК
РС-203ск.024.668.001ПЗ
47
Зм. Арк № докум. Підпис Дата
R 225W ⋅ l
= 6 2 (4.25)
10 ⋅ d
R 225 ⋅ 682 ⋅5,1
= = 3,86Ом
106 ⋅ 0,452
Визначаємо активне падіння напруги
∆U ф = І 0 ⋅ R (4.26)
∆U ф = 0,058 ⋅3,86 =1,39В
Таким чином вхідна напруга на фільтр дорівнює
U вхф =U 0 + ∆U ф (4.27)
U вхф =12 +1,39 =13,39(В)
4.4 Розрахунок операційного підсилювача
Рішення ряду складних практичних задач в різних областях науки і техніки
стало можливим завдяки використовуванню електронних моделюючих пристроїв —
аналогових математичних обчислювальних машин. Ці машини дозволяють
вирішувати рівняння, що описують ті або інші процеси. Рішення зводиться до
виконання ряду математичних операцій: додавання, множення, диференціювання,
інтегрування і т.п.
Слід зазначити, що більшість цих операцій може виконуватися звичайними
пасивними електричними ланцюгами, що складаються з опорів, ємкостей і
індуктивностей. Проте точність виконання математичних операцій при цьому
виявляється недостатньо високою. Кращих результатів можна добитися,
використовуючи схеми, що містять електронні підсилювачі. Використовування
підсилювачів дозволяє одночасно з виконанням математичних операцій
(реалізовуваних пасивними елементами схеми) здійснювати посилення сигналів
Такі підсилювачі отримали назву операційних. По своїй схемі вони є
підсилювачами постійного струму.
Коефіцієнт посилення операційних підсилювачів досягає 104…106, в
зв'язку з чим є можливість використовування глибокого негативного зворотного
АРК
РС-203ск.024.668.001ПЗ
48
Зм. Арк № докум. Підпис Дата
зв'язку. Властивості підсилювача, охопленого глибоким негативним зворотним
зв'язком, практично не залежать від параметрів підсилювача і визначаються
головним чином ланцюгом зворотного зв'язку. Ця обставина дозволяє за
допомогою різних ланцюгів зворотного зв'язку одержувати різноманітні
передавальні функції, що відповідають різним математичним, операціям.
Розглянемо роботу операційного блоку концентратора інформації, що
виконує найпростішу математичну операцію — операцію множення на заданий
постійний коефіцієнт. Оскільки така операція є зміною масштабу вхідного
сигналу, то здійснюючий її операційний блок звичайно називають масштабним.
R1 8
DA 3
+ 12 B
R1 7 7 2 C2 4
6 14 0 У Д 6
4 3 R2 4
-1 2 B R2 2
R2 3
GD N
Рисунок 4.3 – Схема підключення операційного підсилювача
Принципово цю задачу можна вирішити за допомогою звичайного дільника
напруги, що складається з двох послідовно включених резисторів Коефіцієнт
передачі такого дільника легко розрахувати, користуючись законом Ома. Дана
найпростіша схема масштабного перетворювача сигналу володіє двома істотними
недоліками: по-перше, коефіцієнт передачі не мoжe бути більше одиниці і, по-друге,
він не може бути негативним, тобто дільник напруги не може змінювати знак
сигналу. Більш універсальним масштабним перетворювачем є схема з використанням
операційного підсилювача (рисунок 4.3)
Припустимо, що R22 >> R18. Тоді струм I, що протікає через резистор
R17, не розгалужується в точці А, яка називається підсумовуючою точкою, а
АРК
РС-203ск.024.668.001ПЗ
49
Зм. Арк № докум. Підпис Дата
практично повністю проходить через резистор зворотного зв'язку R18. За законом
Ома запишемо:
IR17 =U вх −U в′х (4.28)
IR18 =U в′х −U вых (4.29)
або
U вх −U ′
I = вх (4.30)
R17
U в′х −U
I = вых (4.31)
R18
Між напругою U´вх, що діє безпосередньо на вході підсилювача, і напругою
Uвых існує залежність:
U вых = −KU в′х (4.32)
де К – коефіцієнт підсилення підсилювача.
Враховуючи формули (4.30), (4.31) і (4.32) знаходимо зв’язок між вхідною
і вихідною напругою:
R18
U в′
R17
ых = − ⋅U вх (4.33)
1 1 R
+ 1+ 18
K R
0 17
100
U ′ = − 620
вых ⋅5 = 4,3B
1 1
+
1
100
+
0,75 620
4.5 Оцінка надійності та точності
Оцінка надійності
Надійність – це властивість об’єкта зберігати у часі в установлених межах
значення всіх параметрів, що характеризують здатність об’єкту виконувати певні
функції в заданих режимах та умовах експлуатації.
АРК
РС-203ск.024.668.001ПЗ
50
Зм. Арк № докум. Підпис Дата
До поняття надійності відноситься дуже багато різноманітних властивостей
об’єкта. Це, наприклад: безвідмовність, довговічність, ремонтоздатність,
збереженість.
Надійність схеми являється одним з найголовніших параметрів при
розробці приладів промислової та побутової техніки. Надійність будь-яких видів
колориметрів “закладається” в процесі їх розробки та виробництва. Вона залежить
від якості елементів, що використовуються та їх захищеності конструктивними
методами; структурної захищеності колориметрів, що забезпечує їх функціювання
при наявності відмов; вірного вибору коефіцієнтів відмов і т.п.
Існує ряд методів оцінки надійності. Найпоширенішим серед них являється
наближений метод розрахунку надійності. Його суть полягає в представленні
колориметра у вигляді структурних схем, складовими елементами яких є елементи
надійності(модулі, деталі, пристрої і т.д.), які мають кількісні характеристики
надійності (інтенсивність відмов, можливість безвідмовної роботи і т.д.). також
враховуються елементи монтажу, пайка, мікромодулі і т.д.
Послідовною називається схема, у якій відмова будь-якого елемента
надійності призводить до відмови всього блоку (рисунок 6.1). Розрахунок такої
схеми зводиться до урахування сумісності подій, що полягають в безвідмовності
всіх елементів надійності, що входять в досліджуваний об’єкт:
n
P(t) =∏Pj (t) , (4.34)
j=1
де P(t) – імовірність безвідмовної роботи досліджуваного об’єкта;
Pj(t) – імовірність безвідмовної роботи його j-того елемента;
n – кількість елементів надійності, що входять в досліджуваний об’єкт.
P1(t) Pj(t) Pn(t)
.… .…
Рисунок 4.4 – Схема послідовного з’єднання елементів надійності
АРК
РС-203ск.024.668.001ПЗ 51
Зм. Арк № докум. Підпис Дата
Інший вид структурних схем надійності відображають об’єкти, в які введена
надлишковість елементів в цілях підвищення надійності об’єктів в цілому. Така
схема представляється у вигляді паралельного або змішаного з’єднання елементів
надійності. Метод підвищення надійності об’єкта введенням надлишковості
називається резервуванням. Розрізняють загальне та роздільне резервування
об’єкта (рисунок 4.5).
P1i(t) P1j(t) P1n(t)
.… .…
Pij(t)
…………………… ……………………
Pmi(t) Pmj(t) Pmn(t)
.… .…
Рисунок 4.5 – Схема загального резервування
Відмова об’єкта з загальним резервуванням відбувається при відмові всіх
його навантажених (підєднаних) гілок:
m
Q(t) =∏QBi (t) , (4.35)
j=1
де Q(t) – імовірність відмови об’єкта;
QBi(t) – імовірність відмови його і-ї гілки;
m – кількість паралельно ввімкнутих гілок об’єкта.
Імовірність безвідмовної роботи і-ї гілки об’єкта визначається за формулою:
n
PBi (t) =∏Pij (t) , (4.36)
j=1
де Pij – імовірність безвідмовної роботи j-го елемента і-ї гілки об’єкта;
n – кількість елементів надійності і-ї гілки.
АРК
РС-203ск.024.668.001ПЗ 52
Зм. Арк № докум. Підпис Дата
З урахуванням того, що імовірність безвідмовної роботи та імовірність
відмови об’єкта є подіями протибічними, маємо:
n
QBj =1−∏Pij (t) . (4.37)
j=1
Підставивши це значення в 4.2, отримаємо
m n
Q(t) =∏1−∏Pij (t) . (4.38)
i=1 j=1
Переходячи від імовірності відмови до імовірності безвідмовної роботи
об’єкта, запишемо формулою для визначення імовірності безвідмовної роботи
об’єкта з загальним резервуванням:
m n
P(t) =1−∏1−∏Pij (t) . (4.39)
i=1 j=1
Взагалі всі гілки об’єкта складаються з однакових елементів надійності,
тому:
m
P(t) =1− [1− (P n
ij (t)) ] . (4.40)
Схема роздільного резервування об’єкта зображено на рисунку 4.3. Для
розрахунку його надійності знайдемо імовірність відмови одного, j-го ряду
елементу:
m
Qi (t) =∏Qij (t) . (4.41)
i=1
З цього слідує, імовірність безвідмовної роботи j-го ряду елементів
надійності об’єкта складатиме:
m
Pi (t) =1−∏(1− Pij (t)). (4.42)
i=1
Оскільки в об’єкті є n таких рядів елементів, поскільки імовірність
безвідмовної роботи об’єкта визначається добутком:
n m
P(t) =∏
1−∏(1− Pij (t)) . (4.43)
j=1 i=1
АРК
РС-203ск.024.668.001ПЗ
53
Зм. Арк № докум. Підпис Дата
При однакових елементах надійності об’єкта отримаємо:
P(t) = [1− (1− P m n
ij (t)) ] ; (4.44)
P1i(t) P1j(t) P1n(t)
.… .…
Pij(t)
…………… .… .… ……………
Pmi(t) Pmj(t) Pmn(t)
.… .…
Рисунок 4.6 – Схема роздільного резервування
Роздільне резервування об’єкта дає більший виграш в порівнянні з
загальним резервуванням, однак внаслідок супроводжувального змінення
параметрів об’єкта при відмові його елементів воно застосовується рідко. Якщо
замість резервуючих електрорадіоелементів використовувати більш крупні
елементи надійності, наприклад блоки, то вартість об’єкта значно збільшиться і він
стане економічно невигідним.
Часто реальний об’єкт має таке з’єднання елементів надійності, яке можна
представити схемою їх змішаного з’єднання (рисунок 4.7).
Так, стосовно до схеми, зображеної на рисунку 4.7, послідовність
розрахунку її надійності слідуюча:
імовірність безвідмовної роботи паралельного з’єднання елементів надійності
P2,3 (t) =1− (1− P2 (t))(1− P3 (t)) ; (4.45)
АРК
РС-203ск.024.668.001ПЗ
54
Зм. Арк № докум. Підпис Дата
імовірність безвідмовної роботи об’єкта
P(t) = P1(t)[1− (1− P2 (t))(1− P3 (t))]P4 (t) . (4.46)
P2(t)
P1(t) P4(t)
P3(t)
Рисунок 4.7 – Схема змішаного з’єднання елементів надійності
В даному випадку розрахунку надійності приладу доцільніше підрахувати
кількість елементів одного типу та помножити на відсоток їх відмови, а потім
просумувати їх та знайти загальний відсоток відмови приладу.
Розрахунок на надійність був проведений з використанням ЕОМ [додаток
Г]. Результати розрахунку приведені нище.
Середній час безвідмовної роботи:
для максимальної інтенсивності відмов 1.582553926E+05 годин;
для середньої інтенсивності відмов 2.562105436E+05 годин;
для мінімальної інтенсивності відмов 1.337882133E+06 годин;
інтенсивність відмов ЕВА при середньому рівні інтенсивностей відмов елементів
3.903040000E-06 1/год.
Оцінка точності
В процесі розробки апаратури завжди намагаються досягти найбільшої
точності. Але враховуючи те, що прилад складається із реальних модулів, які мають
практичні точності параметри, можна говорити про досягнену точність. Її
оцінюють за формулою:
АРК
РС-203ск.024.668.001ПЗ
55
Зм. Арк № докум. Підпис Дата
n
δ 2
пр = ∑δ i , (4.47)
i=1
де δі – точність модуля приладу.
Концентратор інформації складається з блоків, що пов’язані з електронікою.
Отже точність таких вузлів висока.
Розпишемо усі блоки, які входять до модуля вхідного підсилення, та
проаналізуємо їх точність.
Таблиця 4.1 - Аналіз модуля вхідного підсилення
Назва блоку Похибка, %
Модуль ВДЖ 0,1
Модуль ППСС 0,1
Модуль ППСЧ 0,1
Модуль ММК 0,5
Підраховуємо сумарну похибку блоків, що входять до модуля вхідного
підсилювача.
δ пр = 0,12 + 0,12 + 0,12 + 0,52 = 0,5 % .
Так як допустима похибка приладу 1%, то в даному розрахунку приладу на
точність при його експлуатації задовольняє поставлену задачу у технічному
завданню. Таким чином, задана точність досягнена.
Результати розрахунку приведені в додатку.
АРК
РС-203ск.024.668.001ПЗ
56
Зм. Арк № докум. Підпис Дата
5 Технологічний розділ
Покращити якість роботи електронних систем з одночасним підвищенням
надійності, зменшенням маси, габаритних розмірів і використання енергії при
мінімальних затратах можливо за рахунок використання методів і засобів
мікроелектроніки і комплексної мініатюризації.
Для мікроелектронної апаратури характерно збільшення кількості вузлів,
виконаних на основі цифрових схем, котрі виготовлені засобами
напівпровідникової або гібридної технології.
Однією з особливостей проектування мікроелектронної апаратури
являється розширення можливостей стандартизації схемних рішень.
При функціонально-вузловому проектуванні гостро постає питання
електричного, конструктивного і технологічного узгодження інтегральних схем і
мікрозбірок, відмінних конструктивним виконанням, напругою живлення, рівнем
вхідних та вихідних сигналів.
Технологічність конструкції друкованих плат (ДП) – пристосованість
конструкції ДП до обмеженої витрати трудових, матеріальних і енергетичних
ресурсів на підготовку виробництва і промисловий випуск у заданій кількості по
вищій категорії якості (виробнича технологічність) і при технологічному
обслуговуванні і ремонті (експлуатаційна технологічність). Виробнича
технологічність ДП визначається трудомісткістю виготовлення. Експлуатаційна
технологічність ДП оцінюється контролездатністю і взаємозамінністю.
5.1 Призначення друкованої плати
Розроблювана друкована плата одна з декількох друкованих плат
пристрою. Модуль перетворення сигналів призначений для забезпечення
інформаційного обміну між модулем мікроконтролера і послідовною фізичною
лінією зв'язку чи телеграфним каналом. Зв'язок модуля перетворення сигналів із
модулем мікроконтролера здійснюється сигналами системної шини. Модуль
АРК
РС-203ск.024.668.001ПЗ
57
Зм. Арк № докум. Підпис Дата
містить прийомопередатчик послідовного коду і вузли перетворення сигналів для
сполучення методом "петля струму 20 мА".
5.2 Аналіз елементної бази модуля
Відповідно до схеми електричної принципової у якості елементної бази
використовуються такі вироби електронної техніки:
• резистори MCF 0,25 із різноманітним номінальним опором, але з
однаковим допустимим відхиленням опору від номінального ± 5 %, що дає
можливість поліпшити роботу устрою при різноманітних режимах роботи;
• збірка резисторів 4610Х-101-472, що дає можливість поліпшити роботу
устрою при різноманітних режимах роботи;
• Конденсатори постійної ємності К10-17-1б з допустимим відхиленням
ємності від номінальної ± 20 %;
• конденсатори постійної ємності К50-29 з допустимим відхиленням
ємності від номінальної ± 20 %;
• конденсатори постійної ємності REC SA - 16V з допустимим
відхиленням ємності від номінальної ± 20 %;
• діоди 1N4148, який має пластмасовий корпус та напругу живлення 1,1В;
• стабілітрони BZX55C3V9, який має металевий корпус та напругу
стабілізації 9,1 В;
• транзистор КТ817Г, який має металевий корпус та напругу живлення 70 В;
• транзистор КТ816Г, який має пластмасовий корпус та напругу
живлення 25 В;
• транзистор КТ315Г, який має металевий корпус та напругу живлення 25 В;
• оптопари, які мають пластмасовий корпус та напругу живлення 1,6 В;
• мікросхеми інтегральні 74LS04N, що має прямокутний пластмасовий
корпус типу DIP14 з напругою живлення ± 2В … ± 20 В;
• мікросхема інтегральна 74LS155N, що має прямокутний пластмасовий
корпус типу DIP16 з напругою живлення 9 В;
АРК
РС-203ск.024.668.001ПЗ
58
Зм. Арк № докум. Підпис Дата
• мікросхема інтегральна 74LS245N, що має прямокутний пластмасовий
корпус типу DIP20 з напругою живлення 9 В;
• мікросхема інтегральна KP580BB51, що має прямокутний
пластмасовий корпус типу DIP14 з напругою живлення ± 2В … ± 20 В;
• мікросхема інтегральна 82c54, що має прямокутний пластмасовий
корпус типу DIP14 з напругою живлення 15 В;
• мікросхема інтегральна SN75154, що має прямокутний пластмасовий
корпус типу DIP16 з напругою живлення 15 В;
• мікросхема інтегральна 74LS32N, що має прямокутний пластмасовий
корпус типу DIP20 з напругою живлення 9 В;
• мікросхема інтегральна 74LS373N, що має прямокутний пластмасовий
корпус типу DIP20 з напругою живлення 9 В;
• мікросхема інтегральна SN75150N, що має прямокутний пластмасовий
корпус типу DIP16 з напругою живлення 15 В;
• дросель ДПМ-1,2-30
• трансформатор, що має круглу форму.
Всі вироби електронної техніки (ВЕТ) працюють в однаковому тепловому
експлуатаційному режимі від -50 до +60 °С при номінальному електричному
навантаженні і від -50 до + 115 °С при зниженні електричного навантаження до 0,2
РН. Мінімальний наробіток на відмову всіх ВЕТ 20000 часів. Термін зберігання 14
років.
АРК
РС-203ск.024.668.001ПЗ
59
Зм. Арк № докум. Підпис Дата
5.3 Обґрунтування вибору варіанта технологічного процесу
Для друкованої плати вибирається наступна схема технологічного процесу
складання і монтажу радіоелементів.
Складання і монтаж вузлів конструкції з ручним встановленням
радіоелементів при використанні методу індивідуальної пайки.
1. Заготівельні операції:
• підготовка ЕРЕ до монтажу;
• складання друкованої плати.
2. Складання і монтаж вузлів;
3. Операції пайки монтажних з’єднань на ДП.
4. Контроль.
Типові операції складання і монтажу апаратури на ДП мають визначену
структуру.
Операції підготовки радіоелементів до складання:
1. Контроль радіоелементів по номіналам «придатний-непридатний»;
2. Рихтовка виводів;
3. Підрізка виводів;
4. Загинання виводів;
5. Вкладка радіоелементів в технологічні касети;
6. Лудження виводів радіоелементів;
7. Формування виводів радіоелементів.
Операції складання ДП:
1. Встановлення на плату пустотілих заклепок-пістонів;
2. Встановлення на плату контактів;
3. Встановлення на плату перемичок;
4. Встановлення на плату штирів;
5. Встановлення на плату радіоелементів;
6. Підготовка виводів радіоелементів;
7. Доскладання плати;
8. Контроль правильності і якості встановлення радіоелементів.
АРК
РС-203ск.024.668.001ПЗ
60
Зм. Арк № докум. Підпис Дата
Операції пайки монтажних з’єднань на ДП:
1. Обезжирення плати;
2. Флюсування місць пайки;
3. Пайка з’єднань на платі;
4. Допайка з’єднань;
5. Промивка плати;
6. Висушування плати.
5.4 Загальні вимоги до монтажу
Елементи при закріпленні їхніх виводів повинні бути по можливості
розташовані так, щоб напис їхнього номіналу і маркірування були добре видні з
однієї сторони та були зручні для читання.
Проводи не повинні мати ушкоджень при монтажі (підпалів, надрізів і т.п.),
що знижують їх механічну або електричну тривкість.
Провідники перетином 0,35 мм і менше варто кріпити з виконанням повного
обороту навколо контактного пелюстка, проводи перетином понад 0.35 мм - не
менше обороту.
Всі закріплені на пелюстках кінці монтажних проводів повинні бути щільно
обжаті.
При кріпленні проводів до контактних пелюстків необхідно ввести жилу в
отвір пелюстка і загнути її по радіусі з утворенням гачка.
5.5 Загальні вимоги на пайки
На якість паяних з’єднань суттєво впливають не тільки технологічні умови
проведення процесу пайки, але і правильний вибір матеріалів: флюсів, припоїв,
очисних рідин. Флюси, утворюючи рідину і газоподібну зони, які оберігають
поверхню металу і розплавленого припою від окислення, розчиняють і видаляють
вже існуючі плівки оксидів і забруднень з поверхні, покращують змочування
металу з припоєм. Вибір флюсу проводиться виходячи з потрібної хімічної
активності, яка повинна бути найбільшою в інтервалі температур, який
АРК
РС-203ск.024.668.001ПЗ
61
Зм. Арк № докум. Підпис Дата
визначається температурами плавлення припою. Він повинен швидко і рівномірно
розтікатися по паяючих матеріалах, добре проникати в зазори і видалятися з них,
легко витіснюватися розплавленим припоєм, бути термічно стабільним, не
виділяти шкідливих для здоров’я газів, не викликати корозію паяючих металів і
припоїв.
В якості припоїв використовуються різні кольорові метали та їх сплави, які
мають більш низьку температуру, ніж з’єднувані метали. Виходячи із температури
плавлення припої поділяються на низько-, середньо- і високотемпературні. Для
пайки монтажних з’єднань РЕА використовують переважно низько- і середньо
температурні припої Тпл< 450 °C. Основними компонентами припоїв є олово і
свинець, до яких для надання спеціальних якостей можуть добавлятися присадки
сурьми, срібла, вісмута, кадмія. Так срібло і сурма підвищують, а вісмут і кадмій
зменшують температуру плавлення і затвердіння припою. Вибір марки припою
визначається призначенням і конструктивними особливостями виробів, типом
основного металу і технологічного покриття, максимально допустимою
температурою при пайці, а також технічних і технологічних вимог до паяних
з’єднань. До технічних вимог відносяться: достатня механічна міцність і
пластичність; задані теплопровідність і електричні характеристики; коефіцієнт
термічного розширення (КТР) близький до КТР паяючого металу; корозійна
стійкість як в процесі пайки, так і при експлуатації.
Технологічні вимоги до припою передбачають добру змочуваність
з’єднуваним ним металів, високі капілярні якості, малий температурний інтервал
кристалізації для виключення появи пор і тріщин в паяних з’єднаннях. Пайка
монтажних з'єднань повинна забезпечуватися надійністю електричного контакту і
необхідною механічною тривкістю.
Кількість флюсу, який наноситься на місце пайки, повинний бути
мінімальним. Не припускається багате змочування флюсом місць пайки. Монтажні
з'єднання варто лудити і паяти. Необхідно дотримуватися обережності від зайвого
перегріву монтажних виробів, оплавлення ізоляції проводів і ізолюючих трубок,
АРК
РС-203ск.024.668.001ПЗ
62
Зм. Арк № докум. Підпис Дата
ослаблення або відпаювання контактних пелюстків, планарних або круглих виводів
виробів електронної техніки.
Місце пайки повинне бути достатньо прогрітим за допомогою паяльника з
забезпеченням повного розтікання розплавленого припою і відсутністю
можливості появи помилкової пайки. Після пайки спаяне місце необхідно остудити
при цьому спаяні вироби повинні бути нерухомими. Тривалість пайки виводів
виробів електронної техніки повинна бути мінімально необхідною і бути не більш
тривалості вказаної в ТВ на дані вироби електронної техніки або в технологічних
рекомендаціях на пайку елементів. Якщо така вказівка відсутня, то орієнтовна
тривалість пайки повинна бути не більше 5 с.
Поверхня монтажних з'єднань повинна мати глянсовий вид без видимих
пор, забруднень, напливів, гострих опуклостей припою, сторонніх вкраплень або
окислів. Припій повинен заливати місце з'єднання виробів електронної техніки з
усіх боків, заповнювати щілини і зазори між проводами і контактами. Кількість
припою для пайки монтажних з'єднань повинно бути мінімальним. Паяння повинне
забезпечувати при зовнішньому огляді розташування контурів підпаяних проводів.
При монтажі штепсельного роз’єму припускається незначний наплив
припою на зовнішню поверхню контакту. Не припускаються каплевидні і
шиповидні напливи. Температуру жала паяльника необхідно контролювати
приладом 4-703 МГ2.821.Э1649 або МПП-254М.
5.6 Зальні вимоги до технологічного контролю
Змонтовані плати піддаються технічному контролю. Загальна структура
контрольних операцій включає візуальний контроль монтажу, автоматичний
контроль правильності монтажних з’єднань, функціональний контроль зібраних
плат. Шляхом зовнішнього огляду і порівняння із зразками провіряють тип,
номінальне значення, маркування, якість лудження виводів, відсутність подряпин,
сколів, тріщин корпуса і пошкодження надписів.
Всі контрольні операції повинні бути виконані відповідно до технічних
умов і вимог і без погіршення якості монтажу.
АРК
РС-203ск.024.668.001ПЗ
63
Зм. Арк № докум. Підпис Дата
Надійність монтажних з'єднань перевіряється при зовнішньому огляді.
Механічну тривкість монтажних з'єднань припускається перевіряти
вибірково, але не більш одного разу в процесі приймання монтажу. Зусилля
повинно бути спрямоване уздовж осі припаяного проводу і не повинно
перевищувати 0,5 кг. В окремих випадках припускається перевірка пінцетом, на
губки якого повинні бути надягнуті ізоляційні трубки.
Контроль правильності електричних з’єднань є необхідною операцією
перед настройкою. В одиничному і дрібносерійному виробництві цю операцію
виконують вручну за допомогою універсальної вимірювальної апаратури по картам
опорів і монтажній схемі.
В масовому виробництві широко використовують автоматичні тестери, які
працюють по принципу неврівноваженого моста. Плата через з’єднувачі
підключається до тестера, який по розробленій програмі перевіряє омічний опір
кожної електричної ділянки і визначає її стан. Плати, які не пройшли перевірку
монтажу поступають на ділянку ремонту. Годні плати поступають на
функціональний контроль, де перевіряють логічні зв’язки елементів за допомогою
діагностичних тестів. Плати, які мають відхилення вихідних параметрів
поступають на регулювання, а несправні - на ремонт.
Якість паяного з'єднання проводів перетином 0,12 мм2 і менше повинно
перевірятися візуально.
При контролі якості монтажу забороняється перегинати провід біля пайки.
Перевірену пайку контролер повинний відзначати кольоровим лаком, що
наноситься на місце спаю у виді невеличкого акуратної точки, що не мішає
подальшому контролю пайки. Зафарбування лаком усієї пайки не припускається.
Позначка повинна завдаватися відразу ж після перевірки кожної пайки.
При об'ємному монтажі на друкованих платах припускається за
узгодженням із замовником не робити нанесення що перевіряються паянь лаком.
АРК
РС-203ск.024.668.001ПЗ
64
Зм. Арк № докум. Підпис Дата
5.7 Загальні вимоги до складання
До виконання роботи зі складання ДП припускаються особи, що атестовані
по операціях даного технологічного процесу.
Робітник при виконанні будь-якої виробничої задачі відповідає за якість
виконання роботи і при здачі продукції майстру повинен відокремити придатну
продукцію від браку.
Складання і монтаж ДП у міру необхідності робітник повинен вести по
індивідуальних технологічних картах і еталонних зразках. Складання компонентів
на ДП складається із подачі їх до місця установки, орієнтація виводів відносно
монтажних отворів чи контактних площадок, спряження із складальними
елементами і фіксація в потрібному положенні. Воно в залежності від характеру
виробництва може виконуватися вручну, механізованим чи автоматизованим
методами. Використання ручного складання економічно доцільно при виробництві
не більше 15 тис. Плат в рік партіями по 100 штук. На кожній платі повинно бути
розміщено не більше 100 елементів, в тому числі 11 інтегральних мікросхем.
Суттєвою перевагою ручного складання є можливість постійного візуального
контролю, що дозволяє використовувати відносно великі допуски на розміри
виводів, контактних площадок і монтажних отворів.
Всі операції необхідно робити з дотриманням вимог по техніки безпеки,
виробничої санітарії й охороні праці.
Технологічні витримки, що вказуються в технологічному процесі, повинні
фіксуватися в спеціальному журналі і технологічному паспорті. Час технологічних
витримок необхідно контролювати по часах відповідно до ГОСТ 3309.
При перерві виробництва більше одного місяця необхідно робити складання
контрольної групи складальних одиниць і виробів по технологічному процесі в
кількості не менше 5 штук під спостереженням технолога цеху.
При складанні і здачі виробів необхідно додержуватися вимоги відповідно
до СТП-803-78-87.
Припускається використання технологічний тари АЛ7890-3054,
АЛ1056-3190.
АРК
РС-203ск.024.668.001ПЗ
65
Зм. Арк № докум. Підпис Дата
5.8 Нормування монтажних робіт
Нормування монтажних робіт виконують на підставі карт технологічних
процесів, що визначають порядок виконання операцій, використання приладів,
інструментів, матеріалів, а також режимів опрацювання і нормативів часу. При
використанні вищевказаних даних можна розрахувати норми часу на різноманітні
технологічні варіанти процесів.
Розрахунок норм штучного часу на операцію (хв.) визначається по формулі:
Тшт = Топ ⋅ (1+К/100) (5.1)
де Тшт – норма штучного часу, хв.;
Топ – оперативний час, хв.;
К – час на організаційно-технологічне обслуговування робочого місця,
відпочинок і власні потреби у відсотках від оперативного часу, 14 %.
Tшт = Tоп ⋅К (5.2)
Відповідно до складального креслення ДП приладу (РС-
203ск.024.668.501СБ) монтаж виробів електронної техніки на ДП має такі наступні
переходи, що приведені в таблиці 5.1.
Таблиця 5.1 – Оперативний час на виконання операцій по монтажу
друкованої плати
Назва роботи Кількість Оп, год, t∑, хв
п/п елементів, шт. Топ, хв.
1 Лудження резисторів 42 0,179 7,52
2 Лудження
26 0,179 4,65
конденсаторів
3 Лудження мікросхем 5 0,839 4,19
АРК
РС-203ск.024.668.001ПЗ
66
Зм. Арк № докум. Підпис Дата
Продовження таблиці 5.1
4 Лудження транзисторів 4 0,211 0,844
5 Лудження діодів 7 0,179 1,25
6 Вирівнювання виводів
виробів 229 0,105 24,04
електронної техніки
7 Зачищення виводів
виробів 229 0,155 35,49
електронної техніки
8 Обрізання виводів
виробів 229 0,074 16,94
електронної техніки
9 Установлення
42 0,168 7,05
резисторів
10 Установлення
26 0,138 3,59
конденсаторів
11 Установлення
5 0,336 0,79
інтегральних мікросхем
12 Установлення
4 0,185 0,74
транзисторів
13 Установлення діодів 7 0,168 1,17
10 Пайка кінців виводів
виробів 229 0,164 37,55
електронної техніки
Всього 108,26
Тшт = 108,26 ⋅ (1+14/100) = 108,4 хв.
В додатку Д наведений комплект документів на технологічний процес на
монтаж виробів електронної техніки на ДП модуля пристрою перетворення
сигналів методом струмової петлі.
АРК
РС-203ск.024.668.001ПЗ
67
Зм. Арк № докум. Підпис Дата
6 Спеціальний розділ
6.1 Економічне обґрунтування розробки
Для обґрунтування доцільності економічної розробки концентратора
інформації розподільних систем можна навести такі аргументи:
1. Підвищення ефективності управління розподіленими системами передачі
даних:
- Централізоване програмне управління потоками даних через
концентратор дозволяє оптимізувати використання наявних ліній зв'язку та
комунікаційних каналів.
- Це забезпечує більш раціональне використання існуючої
інфраструктури, знижуючи експлуатаційні витрати.
- Можливість отримувати актуальну інформацію про стан розподіленої
системи дає змогу приймати виважені управлінські рішення.
2. Підвищення надійності та відмовостійкості системи передачі даних:
- Модульна архітектура концентратора з резервуванням модулів
перетворення сигналів забезпечує високу надійність роботи.
- Зниження кількості аварій та збоїв в роботі системи передачі даних
скорочує непередбачувані витрати на ремонт і простої.
- Безперебійна робота системи передачі даних запобігає втратам від
перерви в наданні послуг.
3. Можливість інтеграції з іншими автоматизованими системами:
- Концентратор може бути інтегрований з існуючими чи перспективними
АСУП, оптимізуючи бізнес-процеси.
- Комплексна автоматизація забезпечує синергетичний ефект,
підвищуючи загальну ефективність діяльності.
- Інтеграція з іншими системами розширює функціональні можливості
концентратора, підвищуючи його цінність.
4. Готовність до впровадження перспективних технологій:
АРК
РС-203ск.024.668.001ПЗ
68
Зм. Арк № докум. Підпис Дата
- Гнучка архітектура концентратора дозволяє адаптувати його до нових
технологій "Інтернету речей", "Штучного інтелекту" тощо.
- Це забезпечує довгострокову перспективу використання концентратора,
захищаючи інвестиції.
- Можливість модернізації системи передачі даних знижує ризики
морального старіння.
5. Зниження витрат на впровадження та експлуатацію:
- Використання уніфікованих модулів перетворення сигналів спрощує
конструкцію, зменшуючи вартість виробництва.
- Централізоване управління та діагностика знижують витрати на
експлуатацію концентратора.
Отже, розробка концентратора інформації для розподілених систем
передачі даних є економічно доцільним рішенням, оскільки воно забезпечує
підвищення ефективності, надійності та гнучкості управління цими системами, що
матиме значний позитивний економічний ефект для підприємства.
6.2 Охорона праці
Аналіз небезпек та шкідливостей, що впливають на працівників
дослідницької лабораторії
Проектування концентратора інформації розподільних систем проводиться
в приміщенні дослідницької лабораторії. Проведення таких досліджень неможливе
без використання сучасного персонального комп’ютера (ПК) для відповідних
розрахунків та побудови планів та схем. Тому для більш продуктивної та безпечної
праці співробітників лабораторії необхідно створити раціональні та безпечні умови
праці. Особливо потрібно звернути увагу на фактори середовища, які
безпосередньо впливають на працюючого, впливаючи на його здоров’я та
продуктивність його праці.
АРК
РС-203ск.024.668.001ПЗ
69
Зм. Арк № докум. Підпис Дата
За рівнем фізичних навантажень робота співробітника лабораторії
відноситься до категорії I а, оскільки не потребує особливого фізичного
навантаження при роботі з ПК.
Робоче місце співробітника є постійним і складається зі столу (для вільного
переміщення спеціаліста за столом встановлено рухоме крісло, яке повторює
анатомію тіла людини), в лівій і правій частині якого встановлений персональний
комп'ютер. Робоче місце знаходиться в окремому приміщенні, мебльованому
столами зі встановленими на них ПК. Монітори комп'ютерів розміщені так, щоб
відстань від очей користувача до екрану складала не менше 70 cм, кут зору 30о, для
мінімізації впливу випромінювання на зір.
Розміри лабораторії становлять: ширина – 4,5 м, довжина – 8 м, висота стелі
– 3 м, площа приміщення складає 36 м2. Лабораторія розрахована на максимальну
кількість працюючих 4 особи. Звідси площа, яка припадає на одну людину,
дорівнює 9 м2. Об’єм приміщення становить 108 м3. Звідси об'єм, який припадає на
одну людину, дорівнює 27 м3, що відповідає вимогам ДБН В.2.2.28-2010.
Лабораторія розташована в північній частині будівлі, стіни мають світле
забарвлення із коефіцієнтом відбиття світла 50-54%, колір має матову структуру.
В лабораторії в холодний період року функціонує система централізованого
водяного опалення, яка відповідає ДБН В.2.5.67-2013 «Опалення, вентиляція та
кондиціювання». В лабораторії встановлено три плоских сталевих радіатори, що
дозволяють підтримувати температуру повітря в холодний період року в межах
нормативних вимог.
Важливе значення мають фактори мікроклімату в робочому приміщенні, так
як вони безпосередньо впливають на здоров’я та самопочуття дослідника. Згідно з
ДСН 3.3.6.042-99 нормативні значення основних факторів мікроклімату наступні:
1. Температури повітря:
− в теплий період року – 23-25 °С (допустима – 20-28 °С). ;
− в холодний період року – 22-24 °С (допустима – 21-25 °С).
2. Вологість повітря:
АРК
РС-203ск.024.668.001ПЗ
70
Зм. Арк № докум. Підпис Дата
− в теплий період року – 40-60 %;
− в холодний період року – 40-60 %.
3. Швидкість руху повітря:
− в теплий період року – 0,1 м/с (допустима – 0,1-0,2 м/с) ;
− в холодний період року – 0,1 м/с (допустима – менше 0,1 м/с) .
Фактичні значення даних параметрів становлять відповідно:
1. Температури повітря:
− в теплий період року – 24-25 °С ;
− в холодний період року –21-23 °С .
2. Вологість повітря:
− в теплий період року – 45-50 %;
− в холодний період року – 50-55 %.
3. Швидкість руху повітря:
− в теплий період року – 0,05-0,1 м/с;
− в холодний період року – 0,03-0,05 м/с.
Фактичні параметри мікроклімату повністю відповідають нормативним
вимогам згідно ДСН 3.3.6.042-99.
Оскільки працівник проводить велику кількість часу поряд із системним
блоком комп’ютера, то шум також являється важливим фактором виробничого
середовища. Головним джерелом шуму є вентилятор охолодження в системному
блоці комп’ютера та принтер.
Згідно з ДСН 3.3.6.037-99 «Санітарні норми рівнів шуму на робочих місцях»
нормативне значення еквівалентного рівня шуму при даному видові діяльності та
типу робочого місця становить 50 дБА, а рівень фактичного шуму в приміщенні
становить 42-44 дБА, що відповідає нормативному.
На робочому місці величина напруженості електромагнітного поля не
перевищує нормативне значення, визначене в ДСН 3.3.6.096-2002.
Умови праці співробітників лабораторії при роботі з обладнанням крім
стану параметрів виробничого середовища, визначаються також характеристиками
АРК
РС-203ск.024.668.001ПЗ
71
Зм. Арк № докум. Підпис Дата
використовуваного устаткування, якістю робочих матеріалів у робочій зоні,
конструкцією робочих меблів та її розмірними характеристиками. Тип робочого
крісла обирається у відповідності ДСТУ 7951:2015 «Дизайн і ергономіка. Крісло
оператора. Загальні ергономічні вимоги» та в залежності від тривалості роботи: при
тривалій - масивне, при короткочасній - крісло легкої конструкції, в якому легко
пересуватися. Ширина столу 0,9 м, усі предмети, що знаходяться на ньому
розташовані на відстані не більш 75 см від працівника, отже вони знаходяться в
робочій зоні. Висота столу 74 см; висота стільця 45 см (можливе індивідуальне
налаштування). Робота з обладнанням, зокрема з комп’ютером ведеться відповідно
до рекомендацій безпечної роботи згідно ДСанПіН 3.3.2.007-98.
Робоча поза працюючого безпосередньо пов’язана з тривалим очікуванням
закінчення обробки результатів комп’ютером, що в свою чергу призводить до
періодичного перебування в незручній, фіксованій позі до 25% від загальної
тривалості роботи.
Ступінь складності завдання полягає в передачі інформації, обробці
отриманих результатів, визначаючи їх вірність та коректність, що відповідає
допустимому класові умов праці.
Раціонально виконане освітлення виробничих приміщень надає
позитивного психофізіологічного впливу на працюючих, сприяє підвищенню
продуктивності праці, забезпеченню її безпеки, знижує втому і травматизм на
виробництві, зберігає високу працездатність в процесі праці.
Приміщення лабораторії - це приміщення з однобічним природним
освітленням, північно-східною орієнтацією віконних отворів. Природне освітлення
забезпечується крізь вікна. Розміри чотирьох вікон приміщення однакові і
становлять 1,3×1,4 м. Робочі столи розташовані таким чином, що вікна знаходяться
збоку від працюючого. Вікна обладнані світлорозсіююючими шторками. При
цьому у полі зору працюючого забезпечується оптимальне співвідношення
яскравості робочих та навколишніх поверхонь та обмежене відбивання світла від
екрану та функціональної клавіатури.
АРК
РС-203ск.024.668.001ПЗ
72
Зм. Арк № докум. Підпис Дата
Згідно з ДБН В.2.5-28-2018 нормування природного освітлення проводиться
за допомогою коефіцієнта природного освітлення (КПО), розряд зорової праці – II
в, найменший об’єкт розрізнення – 0,25 мм, що відповідає високому ступеню
точності зорової праці. Контрастність найменшого об’єкту розрізнення та фонів:
між текстом на моніторі та фоном, між текстом на аркуші паперу та аркушем, букв
на клавіатурі. Фактичне значення КПО становить 30-35 %, що відповідає вимогам
ДБН В.2.5-28-2018.
Для темного часу доби передбачене штучне освітлення. При штучному
освітленні нормується величина освітленості в люксах (Лк), яка вибирається в
залежності від характеристик зорової праці з урахуванням найменшого розміру
об'єкта розрізнення, фону, контрасту об'єкта розрізнення з фоном.
Лабораторія обладнана трьома світильниками ЛСП 02В, кожний з яких має
дві люмінесцентні лампи. Фактичний рівень штучного освітлення складає 210-220
лк. Отже, рівень штучного освітлення на робочому місці є недостатнім для
виконання зорової праці ІІ розряду, відповідно ДБН В.2.5-28-2018. Система
загального штучного освітлення потребує модернізації.
Особливістю роботи співробітника лабораторії з монітором ПК є підвищене
зорове напруження, що пов'язане із спостереженням за інформацією на екрані, а
також з іншими негативними факторами.
Зокрема працівник втомлюється від постійного ефекту миготіння,
нестійкості та нечіткості зображення, необхідності частої переадаптації очей до
рівня освітлення екрану дисплея та загального освітлення приміщення. Негативно
впливає потреба пристосування до різновіддалених об’єктів.
Приміщення лабораторії відноситься до 3 типу приміщень за ступенем
ураження електричним струмом: приміщення без підвищеної небезпеки ураження
людини електричним струмом (відсутні чинники підвищеної та особливої
небезпеки, такі як: струмопровідна підлога, струмопровідний пил, агресивне
середовище, що пошкоджує ізоляцію, тощо). Обладнання, встановлене в
лабораторії живиться напругою 220 В і споживає потужність менше ніж 2500 Вт,
що не викликає перевантаження системи електропостачання і перегріву проводки.
АРК
РС-203ск.024.668.001ПЗ
73
Зм. Арк № докум. Підпис Дата
Системний блок ПК має металевий корпус, тому згідно ДСТУ Б В.2.5-82-2016 в
лабораторії повинна бути передбачена магістраль захисного заземлення.
Інструктаж з техніки електробезпеки, що проводиться з працівниками
лабораторії, складений враховуючи ПУЕ-17.
Проте, найбільш досконалі пристрої і нові технічні заходи з техніки безпеки
не досягають своєї мети, якщо співробітник не розуміє їх призначення. Тільки
свідоме ставлення до заходів, направлених на застереження небезпеки при виконанні
дослідних робіт, повне знання виконуваних операцій, призначення приладів,
пристроїв, обладнання, матеріалів, правильних способів користування ними
створить умови для безпечного виконання роботи. Тому під час роботи з
електрообладнанням працівник зобов'язаний виконувати ряд правил, а саме:
- при раптовому припиненні подачі електроструму потрібно негайно
вимкнути електрообладнання;
- категорично забороняється ремонтувати електрообладнання, вмикати
та вимикати його, якщо це не передбачено в ході роботи;
- категорично забороняється проводити будь-які перемикання на
головному розподільному щиті;
- не знімати запобіжні кожухи;
- у випадку виявлення неполагодженого електрообладнання,
вимірювальних приладів і дротів, терміново вимкнути напругу;
- у випадку враження електричним струмом слід терміново звільнити
потерпілого від дії струму і прийняти міри по наданню першої допомоги, при
необхідності викликати лікаря.
Лабораторія відноситься до приміщень з категорією вибухопожежо-
небезпеки типу В, згідно з ДСТУ Б В.1.1-36:2016 (горючі та важкогорючі рідини,
тверді горючі та важкогорючі речовини, а також речовини, здатні горіти тільки при
взаємодії з водою, киснем повітря або один з одним.). В даному приміщенні
забезпечуються необхідні заходи щодо протидії виникнення пожежонебезпечних
ситуацій згідно з НАПБ А.01.001-2014 «Правила пожежної безпеки в Україні».
Інструкції на випадок пожежі складенні відповідно до «Типових правил пожежної
АРК
РС-203ск.024.668.001ПЗ
74
Зм. Арк № докум. Підпис Дата
безпеки для промислових підприємств». План евакуації розміщений на стіні з
вільним доступом до неї. Для попередження пожеж в ній використовується
електрична пожежна сигналізація променевого типу та димові датчики типу (ИП-
212-46) у кількості 2 шт відповідно ДБН В.2.5.56-2014.
Приміщення обладнане порошковим вогнегасником ВП-5У, який
закріплений у підставці на стіні поряд з дверима, відповідно до Правил експлуатації
вогнегасників.
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 та студентами на робочому місці до початку роботи.
Запис про проведення вступного інструктажу робиться у спеціальному журналі.
Повторний інструктаж проводиться на робочому місці з усіма працівниками
та студентами: на роботах з підвищеною небезпекою - 1 раз у квартал, на інших
роботах - 1 раз на півріччя.
В результаті проведеного аналізу можливо зробити висновок про те, що
найбільш важливим чинником, що впливає на безпеку праці дослідника є
недостатність штучного освітлення на робочому місці. Тому необхідно
модернізувати систему загального штучного освітлення в приміщенні лабораторії.
Модернізація системи загального штучного освітлення
Одним з факторів, що визначають сприятливі умови праці, є раціональне
освітлення робочої зони і робочих місць. При правильно розрахованому і
підібраному освітленні виробничих приміщень очі працюючого протягом
тривалого часу зберігають здатність добре розрізняти предмети і знаряддя праці.
АРК
РС-203ск.024.668.001ПЗ
75
Зм. Арк № докум. Підпис Дата
Такі умови сприяють зниженню виробничого травматизму і професійного
захворювання очей.
Незадовільне освітлення виробничої зони може призвести до погіршення
якості виконуваних робіт, наприклад, можуть залишитися непоміченими розриви,
що з'явилися, потертості, витік палив і олій, механічні домішки в паливі й інше, що,
у свою чергу, призводить до зниження безпеки праці. Погане освітлення
виробничих територій може стати причиною багатьох важких і смертельних
випадків, таких як наїзд самохідних засобів механізації, що рухаються.
Недостатнє освітлення робочих місць є однією з причин низької
продуктивності праці. При недостатньому освітленні очі працюючого напружені,
при цьому складно відрізнити оброблювані предмети, знижується темп роботи, що
погіршує загальний стан організму людини.
На органах зору негативно позначаються як недостатнє, так і надмірне
освітлення. Надмірна освітленість характеризується різкою подразливою дією і
різзю в очах, при цьому очі швидко втомлюються, зорове сприйняття погіршується,
що призводить до сліпоти.
Раціональне освітлення повинно задовольняти ряд вимог і умов. Воно
повинно бути:
- достатнім, щоб очі без напруги могли розрізняти деталі, що розглядаються;
- стабільним – для цього напруга в електричній мережі не повинна
коливатися більше ніж на 4%;
- рівномірно розподіленим по робочих поверхнях, щоб очам не доводилося
потрапляти з дуже темного місця у світле і навпаки;
- таким, що не викликає сліпучої дії на око людини як самого джерела світла,
так і від відбиваючих поверхонь, що знаходяться в полі зору робітника. Зменшення
відзеркалювання джерел світла досягається шляхом застосування світильників;
- таким, щоб не викликали різкі тіні на робочих місцях, у проїздах, проходах.
Цього можна уникнути при правильному розташуванні світильників, прожекторів
;
- безпечним – не призводити до вибуху, пожежі у виробничих приміщеннях.
АРК
РС-203ск.024.668.001ПЗ
76
Зм. Арк № докум. Підпис Дата
Серед великого різноманіття видів та моделей світильників останнім часом
найбільше застосування отримали світлодіодні світильники. Найчастіше в
лабораторіях різного типу застосовуються вбудовані в стелю світильники.
Світлодіодних джерел світла існує лише кілька видів:
- вбудовані LED-світильники. Незалежно від обраної моделі, такі прилади
випромінюють виключно рівномірне світло завдяки призменому або опаловому
розсіювачу, вбудованому в конструкцію.
- вбудовувані Downlight. Такі вироби краще монтувати в гіпсокартонну
стелю, але вони непогано виглядають і на підвісних конструкціях. Форм у таких
джерел світла всього дві – квадратна і кругла, тоді як розмірів набагато більше.
Промінь світла, який випускають потужні світлодіоди, спрямований на 60 або 120
градусів.
- вбудовані панелі. Вони монтуються в підвісну стелю. Серед моделей
можна зустріти підвісні або вбудовані конструкції. Основна перевага панелей –
рівномірний розподіл світла.
Основні переваги світлодіодних світильників.
1. Економічність експлуатації.
Це найголовніша перевага світлодіодних світильників, завдяки якій вони
здобули високу популярність. При максимальному рівні світловіддачі вони
споживають набагато менше електроенергії, ніж аналогічні вироби.
2. Мінімальні потужності.
Використання таких приладів дозволяє знизити споживану потужність
приблизно наполовину, зменшуючи при цьому втрати в провідниках. Світлодіодні
стрічки для підсвічування стелі особливо вигідні у будівлях, що будуються, так як
дозволяють заощадити на трансформаторах і проводах, так і в цілому вартість
зведення будівлі зменшиться.
3. Підвищений світловий потік.
Класичні моделі світильників з люмінесцентними лампами видають
світловий потік в 2100 люмен, при цьому вони багато втрачають на відбивачів
АРК
РС-203ск.024.668.001ПЗ
77
Зм. Арк № докум. Підпис Дата
(цілих 40%). Замінивши їх світлодіодними світильниками, можна у багато разів
підвищити показник, діставшись до позначки 4000 люмен.
4. Довговічність.
Підвищений термін експлуатації до 50000 годин дозволяє надовго забути
про заміну ламп, погане освітлення або повну його відсутність.
5. Мінімальні експлуатаційні витрати.
6. Механічна міцність.
Високий показник такої характеристики став можливим через відсутність у
джерелах світла крихких елементів, тому навіть великий струс (наприклад, при
транспортуванні) не вплине на ефективність їх роботи.
7. Низькі пускові струми.
Великі пускові струми виникають при включенні освітлювальних приладів
з газорозрядними лампами, а це може призвести до перекосу фаз або, що ще гірше,
до осідання напруги. Такі наслідки негативно відбиваються на всій офісній техніці,
в результаті чого вона може вийти з ладу набагато швидше покладеного терміну.
Для таких освітлювальних приладів в обов'язковому порядку необхідно
збільшувати переріз живлячих кабелів, що призводить до додаткових витрат.
Світлодіодні світильники такого недоліку не мають, тому при їх включенні
пускові струми залишаються практично незмінними.
8. Стробоскопічний ефект відсутній.
Так як у багатьох люмінесцентних світильниках застосовується ПРА, то
вони мерехтять, викликаючи тим самим втому очей і всього організму в кінці
робочого дня. Якість освітлення, від світлодіодних ламп, допомагає зосередитися і
підвищує уважність, так як вироби не мерехтять, а їх принцип роботи чимось
нагадує лампи розжарювання.
9. Високий індекс передачі кольору.
Цей показник дозволяє бачити предмети, які потрапляють у зону освітлення,
в максимально точних тонах.
10. Негативні температури.
АРК
РС-203ск.024.668.001ПЗ
78
Зм. Арк № докум. Підпис Дата
На відміну від газорозрядних лам, світлодіодні моделі краще працюють при
низьких температурах, які дозволяють швидше охолоджуватися головному
елементу конструкції – світлодіоду, підвищуючи його ефективність.
11. Екологічна безпека.
У складі світлодіодних світильників відсутні шкідливі речовини в будь-
якому їх прояві, тому вони безпечні для людини, а для їх утилізації не треба
витрачати додаткові кошти, а достатньо викинути в сміттєвий бак, не побоюючись
за природу.
12. Регулюємий світловий потік.
Приєднавши до світлодіодного світильника спеціальне джерело живлення,
можна регулювати інтенсивність подачі світла, що дозволяє економити
електроенергію.
13. Компактність.
Завдяки невеликим розмірам, світлодіодні світильники можна
транспортувати без додаткових витрат, так і зберігати такі вироби набагато
простіше.
14. Легкість монтажу.
15. Гарантійний термін.
Кожен виробник світлодіодних світильників гарантує безперебійну роботу
своїх виробів не менше трьох років. Димери, які використовують з лампами
розжарювання, не варто використовувати зі світлодіодними джерелами, тому що
це зменшує діапазон можливого регулювання. Недолік такої конструкції можливе
спотворення світла.
Розміщення світлодіодних світильників відбувається за загально-
прийнятими правилами: всі вироби повинні висіти рівно, відстань між
світильниками має бути однаковою.
Світлодіодні світильники – сучасне рішення для офісного приміщення.
Вони випромінюють приємне м'яке світло, завдяки чому підвищується
працездатність співробітників. Вартість таких виробів не маленька, але
АРК
РС-203ск.024.668.001ПЗ
79
Зм. Арк № докум. Підпис Дата
враховуючи тривалість їх експлуатації, вони повністю себе окуплять вже
найближчим часом.
Розрахунок штучного освітлення виконується методом коефіцієнту
використання світлового потоку. Основною задачею розрахунку штучного
освітлення є визначення необхідної кількості світильників для забезпечення
нормативного рівня штучного освітлення за формулою:
Eн ⋅ S ⋅ z ⋅Кз
N =
F ⋅η (6.1)
л
де:
Ен – нормоване освітлення, лк (ДБН В.2.5-28-2018);
Кз – коефіцієнт запасу, який враховує зниження освітлення в процесі
експлуатації (для заданого приміщення Кз = 1,4);
S = А·В – площа приміщення, (А – довжина приміщення, В – ширина
приміщення);
z – коефіцієнт мінімального освітлення; z = 1,15;
Fл – світловий потік світильника;
η – коефіцієнт використання світильника, відн. од.
Для визначення нормованого освітлення – Ен, визначаємо:
- перелік основних предметів, які повинна розглядати людина у процесі
роботи на заданому робочому місці: надписи на екрані монітору, шрифт у книзі;
- самі дрібні деталі зображення (найменші об’єкти розрізнення), які
містяться на перелічених предметах: розділові знаки в книжках. Орієнтовно
оцінюємо їх розмір у 0,15-0,3 мм;
- характеристику фона – поверхні, на якій розглядається найменший об’єкт
розрізнення, в залежності від коефіцієнта відбиття поверхні ρ. Фон є світлим (ρ >
0,4), оскільки в основному маємо справу з написами на білому фоні, як в книзі так
і на екрані монітору. Для вказаного фону коефіцієнт відбиття поверхні ρ = 0,9;
АРК
РС-203ск.024.668.001ПЗ
80
Зм. Арк № докум. Підпис Дата
- контраст об’єкта розрізнення з фоном, тобто наскільки чітко
сприймається найменший об’єкт розрізнення на вищерозглянутому фоні. Контраст
є великим (між білим і чорним).
Користуючись ДБН В.2.5-28-2018 визначаємо, що розмір обраного
найменшого об’єкта розрізнення відноситься до діапазону розмірів в межах 0,15-
0,3мм, що відповідає IІг розряду зорової праці.
Нормативне значення штучного загального освітлення Ен з врахуванням
характеристики фону та контрасту складає: Ен = 400 лк.
Відповідно типу приміщення приймаємо світильник в залежності від умов
середовища і типу приміщення. Обираємо світлодіодний офісний світильник CДО-
39 Master.
Офісний світильник CДО-39 Master вбудовується в підвісні стелі типу
«Армстронг». Світлодіодні офісні світильники серії CДО призначені для
освітлення офісних приміщень, медичних і загальноосвітніх установ, являють
собою вбудовані або накладні світильники квадратної форми 595х595мм, створені
на основі світлодіодних ламп.
Рисунок 6.1 - Світлодіодний офісний світильник CДО-39 Master
Технічні характеристики світильника:
АРК
РС-203ск.024.668.001ПЗ
81
Зм. Арк № докум. Підпис Дата
- споживана потужність - 37 Вт;
- світловий потік - 4130 лм;
- напруга живлення - 176-264 В;
- частота струму - 50-60 Гц;
- габарити ДхШхВ - 595х595х40;
- кольорова температура - 5000 К;
- ступінь захисту - ІР20;
- кількість світлодіодів - 56;
- термін служби - понад 50000 год;
- тип світлодіодів - EDISON;
- кліматичне виконання - УХЛ4;
- пульсація світлового потоку - 1%;
- кут випромінювання світла - 120 град.
Сучасні світлодіодні (led) лампи пропонують відмінні можливості для
енергозбереження. Лампи led мають безліч переваг, які складають конкуренцію
звичайним лампам розжарювання.
В основі led лампи знаходяться світлодіод, який перетворює електричний
струм у світлове випромінювання. Світлодіоди працюють без збоїв при
довгостроковому використанні, а також при частому включенні/виключенні,
завдяки системі терморегулювання.
Термін служби світлодіодних ламп в середньому становить близько 40 тис.
годин. Це перевищує термін служби люмінесцентної лампи в 3-4 рази. Також led
лампи відрізняються екологічністю і безпекою, тому що в них відсутній шкідливий
газ і ртуть. При цьому останнім часом вартість led ламп на основі світлодіодів
значно знизилася, що зробила їх доступними практично для всіх.
За формулою (6.1) розраховуємо кількість світильників N:
N 400 ⋅36 ⋅1,15 ⋅1,4
= = 6,52
4130 ⋅0,86
АРК
РС-203ск.024.668.001ПЗ 82
Зм. Арк № докум. Підпис Дата
Таким чином, в приміщенні лабораторії пропонується встановити 8
світильників СДО-39 Master. Необхідно розташувати 8 світильників рівномірно на
усій площі стелі заданого приміщення з урахуванням габаритних розмірів
приміщення та світильників.
Рисунок 6.2 - Світлова віддача різних видів світильників, лм/Вт
АРК
РС-203ск.024.668.001ПЗ
83
Зм. Арк № докум. Підпис Дата
Висновок
Концентратор інформації призначений для організації розподілених систем
передачі даних на ділянках залізниць з використанням фізичних ліній зв'язку і
виділених каналів тональної частоти.
Принцип роботи концентратора інформації заснований на програмному
управлінні потоками даних з метою забезпечення взаємодії концентратора
інформації з іншими пристроями устаткування передачі даних по послідовних
лініях і каналах зв'язку.
Концентратор інформації є мікропроцесорною системою, в якій модуль
мікроконтролера здійснює управління модулями пристроїв перетворення сигналів
через системну шину. Кожний модуль пристрою перетворення сигналів
підключається до окремого каналу або лінії зв'язку. В залежності від необхідного
методу передачі (виду каналу) застосовується один з двох типів модулів перетворення
сигналу: пристрій перетворення сигналу методом «струмова петля» або пристрій
перетворення сигналу методом частотної маніпуляціїї. Живлення всіх модулів
концентратора інформації забезпечується вбудованим вторинним джерелом
електроживлення.
АРК
РС-203ск.024.668.001ПЗ
84
Зм. Арк № докум. Підпис Дата