Микропроцессорная техника

 

Федеральное государственное бюджетное  образовательное

учреждение высшего профессионального  образования

«Кузбасский государственный  технический университет

имени Т. Ф. Горбачева»

Кафедра электропривода и автоматизации

 

 

 

 

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе по дисциплине

«Микропроцессорная техника»

 

 

Вариант № 6

 

 

 

 

 

 

 

      Выполнил:

       ст. гр. ЭА-091

     Луканов В.А.

 

       Проверил:

       Носков А.П.

 

 

 

     Работа защищена с оценкой

      ________________________

                                                                                 «____»_____________2012   г.

 

 

 

 

 

 

 

Кемерово 2012

 

СОДЕРЖАНИЕ

1. Техническое задание…………………………………………………………3

1. Введение…………………………………………………………………..3

2. Основание для разработки……………………………………………….3
3. Назначение разработки…………………………………………………..4
4. Требования к программе или программному изделию ..……………....4

1. Требования к функциональным характеристикам……………..4
2. Требования к условиям эксплуатации…………………………..5
3. Требования к составу и параметрам технических средств….....5

     1.5. Требования к ОМК………………………………………………………5

2. Структурная схема…………………………………………………………...8
3. Принципиальные электрические схемы...............................................11
1. Принципиальная электрическая схема привода X …………………..11
2. Принципиальная электрическая схема привода Y ………………..…13
3. Принципиальная электрическая схема привода Z ………………...….15
4. Список литературы……………………………………………………….…17
5. Приложение1. Текст программы…………………………………………....18

 

1. Техническое задание

1.1.Введение

1. Основание для разработки

Основанием для разработки является техническое задание курсового проекта по дисциплине «МП техника» на тему: «Микропроцессорная система управления подвесным краном»          Табл. 1.

Вариант 6. Кран-балка подвесная 3,2 т (Рис. 18, 19)
		номинальная скорость двигателей (об/мин)		номинальная мощность (кВт)		Время разгона/торможения (с)
Привод X		1000		2´0,32		не нормируется
Привод Y		1500		0,2		5
Привод Z		750		2,3		3
Габаритные  размеры установки
D (м)	D2 (мм)		D5 (мм)	D10 (мм)	D11 (мм)		Длина цеха (м)
12	1800		2290	530	570		60
Дополнительные  требования к МПС: 1) управление Приводом Y должно осуществляться в симметричном режиме; 2) при температуре радиатора силового модуля более чем 65 ºС необходимо отключить установку и оповестить обслуживающий персонал о неисправности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1. Чертеж установки (кран подвесной 3.2 т)

 

 

Рис. 2. Диаграммы скорости электроприводов (кран подвесной 3.2т)

 

2. Назначение разработки

Автоматическое управление опорным краном для перемещения  груза по цеху.

3. Требования к разработке
1. Режимы работы

а) Режим инициализации:

Режим, при котором определяется начальное положение рабочего органа в пространстве. Для идентификации положения используются сигналы с датчиков положения. Если положение отлично от нулевого то МПС переводит рабочий механизм в нулевое положение.

б) Аварийный режим:

В соответствие с техническим  заданием, при превышении температуры  радиатора силового модуля более  чем на 65°С необходимо отключить установку и оповестить обслуживающий персонал о неисправности.

 

 

в)  Автоматический режим:

В соответствие с заданным количеством циклов происходит отработка  программы. Моменты включения и отключения электрооборудования определяется в соответствии с заданными временными отрезками, показанными на диаграмме скорости (рис. 2).

 

 

Рис. 3. Блок-схема работы МПС в автоматическом режиме 

2. Требования к условиям эксплуатации
1. Относительная влажность воздуха от 40-80 %.
2. Атмосферное давление от 630-800 мм рт. ст. 
3. Диапазон частот вибрации от 1-10 Гц.
4. Температура окружающей среды от 5-30⁰ С

 

1.3.3. Требования  к составу и параметрам технических  средств

• Устройство вывода (ЖКИ)
• Устройство ввода
• Однокристальный 8-разрядный микроконтроллер (ОМК)
• Датчики (положения, температуры)
• Исполнительные устройства:

А. Для привода X, Z – АДкз, контактное оборудование

Б. Для привода Y – ДПТ

• Преобразователи энергии:

А. Для привода У  – ШИМ

Б. Для привода Z – Преобразователь  частоты

• Концевые выключатели
• Реле

 

1.3.4. Требования  к ОМК

1.  Таймер: для реализации выполнения программного цикла в определенное время и задержки.

2. Модуль ШИМ: для преобразования длительности импульсов тока с целью реализации плавного пуска и остановки привода У, основанного на двигателе постоянного тока с независимым возбуждением.

3. 5 дискретных входов: 2 кнопки управления и трех концевых выключателей.

4. 13 дискретных выходов: 7 для ЖКИ, 2 для управления приводом Х, 2 для управления приводом У, 2 для управления приводом Z.

1.3.5. Выбор двигателей для установки и преобразователя частоты для привода Z

 

   Табл. 2.

Технические данные двигателей для приводов X и Z

Приводы	Тип электродвигателя	Мощность, кВт	η, %	cos φ			n0, об/мин
X	4А71А6У3	2 × 0,37	64,5	0,69	2	4	1000
Z	4А112МВ8У3	3	79	0,74	1,8	6	750

 

Табл. 3.

Технические данные двигателя для привода Y

Тип электродвигателя	Мощность, кВт	U, В	η, %	n0, об/мин
ПБ-12У2	0,23	220	70	1500

 

Табл. 4.

Преобразователь частоты  для привода Z

Тип преобразователя	Мощность	Параметры
ATV31HU30N4	3 кВт	,

 

 

2. Структурная схема

 

Рис. 4. Структурная схема  МПС

Однокристальный микроконтроллер  предназначен для автоматического  управления приводами подвесного крана.

ЖКИ – жидкокристаллический индикатор предназначен для отображения информации о состоянии процесса

БВД – блок ввода данных предназначен для запуска автоматического управления опорным краном, остановки и для задания количества выполняемых циклов.

БД – блок датчиков предназначен для получения информации о положении приводов и состоянии температуры системы.

БП – блок питания необходим для питания ОМК.

С – блок сигнализации. Включается при превышении температуры над критической в преобразователе частоты.

ПА - пусковая аппаратура обеспечивающее управление приводом X.

ЛП – Логический преобразователь обеспечивающий управление плечами Н-моста в соответствии с заданной схемой управления.

 

 

 

Для исключения влияния на ОМК напряжения из силовых цепей, которое может  привести к выводу из строя, или созданию помех при работе ОМК, применяется гальваническая развязка. В приводах X и Z функцию гальванической развязки выполняет блок реле (БР), а в приводе Y – блок гальванической развязки (БГР)

МС - мостовая схема обеспечивающая управление приводом Y.

ПЧ – преобразователь частоты для управления приводом Z.

X, Y, Z – соответствующие приводы.

 

3. Принципиальные схемы

3.1. Принципиальная  схема управляющей части

Рис. 5. Принципиальная электрическая  схема управляющей части

В соответствие с требованиями технического задания, для выполнения описанных функций, выбираем микроконтроллер PicMicro PIC16F877.

Клавиатура состоит из двух кнопок. Нажатием одной из них подвесная кран-балка запускается, а другой производит остановку. Три концевых датчика, каждый из которых соответствует приводам X, Y и Z соответственно, являются датчиками положения.

 

 

Семь выходов задействованы  на LCD дисплей – четыре линии данных D4-D7, линию выбора операции R/W, линию выбора регистра RS и линию синхронизации Е. Шесть выходов предназначены для управления приводами и два для датчика температуры.

 

3.2. Принципиальная  электрическая схема привода  X

Рис. 6. Принципиальная схема  для управления приводом X

 

Асинхронные двигателя привода Х, подключены к сети параллельно и вращаются в одном направлении, передвигая кран-балку вперед (контактор КМ 1.1 замкнут) либо назад (контактор КМ 2.1 замкнут).

Одновременное включение  контакторов приведет к фазному  короткому замыканию, во избежание  этого, при замыкании одного контактора происходит автоматическое размыкание другого.

Управление контакторами осуществляется с помощью твердотельного реле по схеме приведенной на (рис. 6). RnX_F и RnX_B – сигналы, поступающие с микроконтроллера.

 

Для управления приводом Х выбираем контактор: GMC-12M

Параметры обмотки управления:

Напряжение 220В

Мощность 32ВА

Ток 145мА 

Для управления обмоткой контактора привода Х выбираем симистор: BT134W-600E.

Номинальное напряжение в закрытом состоянии 600В.

Ток отпирания 10мА

Ток в открытом состоянии 1А.

Тип корпуса SOT-223(SC-73)

Для гальванической развязки используем драйвер: MOC-3063-M с максимальным напряжением 600В и током 1А.

Для ограничения тока диода драйвера выбираем резисторы R2.1=R2.2=1000 Ом (ряд Е24, точность 5%).

 

 

3.3. Принципиальная схема привода Y

Принципиальная электрическая  схема привода Y, в состав которой входит двигатель постоянного тока M3, представлена на (рис. 9). Управление транзисторами, размещенными на схеме (рис. 9) осуществляется в соответствии с диаграммой на (рис. 7)

Рис. 7. Диаграммы напряжений на транзисторах и двигателе

Для получения необходимых сигналов управления в схеме используется логический преобразователь, схема которого изображена на (рис.8), где D3.1- D3.3 – интегральные микросхемы К155ЛН1; D3.4, D3.5 - интегральные микросхемы К155ЛИ501

 

Рис.8 Логический преобразователь

Рис.9 Принципиальная схема привода Y

С логического преобразователя  выходит четыре управляющих сигнала, поступающих на драйвер TLP250 (на рис.9, DA), с выхода которого сигнал идет на соответствующие транзисторы (VT1, VT2, VT3, VT4). Транзисторы вида: IGBT, модель: IRGS10B60KD, структура: n-канал c диодом, максимальное напряжение коллектор-эмиттер U_кэ = 600В, максимальный ток I_кэ = 22A , управляющее напряжение 6В, корпус TO220AB.