Быстрый поиск

Реферат: Контроллер промышленного назначения

Разработка устройства логического управления (контроллера) промышленного назначения

Введение.

В данном курсовом проекте поставлена задача разработать некий промышленный контроллер для работы в условиях производства. Задача может быть выполнена на микропроцессоре с гибкой программируемой логикой, а также на дискретных элементах с жесткой логикой.

Реализация на микропроцессоре обладает весомыми преимуществами. Гибкая логика, возможность легкой модернизации контроллера, перспективность.

Программируемая логика реализована на микропроцессоре типа МК-51 фирмы ATMEL – AT89C51, который благодаря встроенной FLASH памяти, обладает возможностью электрического перепрограммирования, а значит быстрой модернизации управляющей программы.

Наличие микропроцессора в современных контроллерах позволяет создавать сложные, гибкие, компактные и надежные системы управления с централизованным управлением и диагностикой.

Структурный синтез цифрового автомата

Обозначим структуру проектируемого микроконтроллера.

Управляющий логический блок на основе микропроцессора.

Блок сбора информации и преобразования ее в вид, требуемый для обработки микропроцессором.

Блок гальванической развязки входных сигналов и сигналов, поступающих на микропроцессор.

Блок связи с исполнительными устройствами (включающий гальваническую развязку) для преобразования выходных сигналов микропроцессора в мощные сигналы управления.

Блок начального сброса микропроцессора.

Блок индикации входных и выходных сигналов.

Блок электропитания контроллера.

2. Разработка принципиальной схемы.

1. Управляющий логический блок.

В качестве основы для контроллера выбран популярный микропроцессор типа MK-51 от фирмы Atmel – AT89C51.

Его основные преимущества перед подобными процессорами иных фирм:

Полностью совместим с семейством МК-51.

4 кб встроенной перепрограммируемой Flash памяти (включая перепрограммирование непосредственно на плате по протоколу SPI) при не менее 103 циклов перезаписи.

Работа на частотах от 0 до 40 МГц.

128х8 бит ОЗУ.

32 программируемых линии портов ввода/вывода.

Два 16-битных таймера счетчика

Шесть источников прерываний

Программируемый последовательный канал совместимый с RS-232-S.

2. Блок сбора информации и преобразования ее в вид, пригодный для обработки микропроцессором.

Входная информация и выходная информация проходит через внешний разъем типа РШ2Н-2-16.

В таблице 1 приведен список и условное обозначение входных и выходных сигналов из задания.

Табл. 1.

Наименование сигнала по заданию	Присвоенное название
Входные сигналы
S1 - контактный датчик	S1
S2 – контактный датчик	S2
S3 – контактный датчик	S3
Ua - Аналоговый сигнал напряжения в диапазоне 0..10В	UA
Ev – датчик освещенности 0..200лк	EV
Выходные сигналы
Электромагнит Y1	Y1
Электромагнит Y2	Y2
Тр. Модуль – VT1	Y3
Тр. Модуль – VT2	Y4
Условия переходов автомата
S1 Ú U < 7 B	X1
EV < 40 лк	X2
(S1 Ú S2) Ú U > 1 B	X3
S3 ^ EV < 50 лк	X4
S2 ^ U < 3 B	X5
EV > 100 лк	X6

Сигнал с датчика освещенности (фоторезистора СФ2-1) снимаем по такой схеме:

Далее сигнал поступает на делительный мост из резисторов, формирующий нужный уровень сигнала, подаваемый на схему из двух компараторов. На не инвертирующий вход компаратора подается измеряемая величина напряжения, а на инвертирующий – величина опорного напряжения, при достижении которой значение логического сигнала на выходе компаратора меняется на противоположное. Срабатывание при нужном значении освещенности регулируется подстроечными резисторы марки РП1 – 48 10КОм±10%.

Компаратор LM29000.

Его электрические характеристики:

Максимальный потребляемый ток 2 мА.

Напряжение смещения 1 мВ.

Корпус DIP-14.

Для организации высокостабильного опорного напряжения выбраны специализированная микросхема LM4130 фирмы National Semiconductor.

Выходное опорное напряжение 4.096 В

Погрешность выходного напряжения 0.05%

Температурный коэффициент нестабильности 3*10-6/оС

Минимальное входное напряжение 5 В

Потребляемый ток 1 мА

Максимальный выходной ток 30-50 мА

Изменение выходного напряжения (при Iвых=30..50 мА) 0.05%

По такой же схеме организован прием и формирование логических сигналов UA на микропроцессор.

3. Блок гальванической развязки входных сигналов и сигналов, поступающих на микропроцессор.

Входные величины поступают из внешней (для контроллера) среды, что говорит о возможном наличии помех различных типов. Так же необходимо предусмотреть возможность неправильной полярности подключения датчиков. Поэтому возникла необходимость в гальванической развязке сигналов.

Для того, чтобы развязать входные уровни микропроцессора и входных сигналов от датчиков применены три оптопары К249КН4П. Характеристики, по которым они были выбраны:

Uмахком=60 В;

Iвхmin=10 мА;

Iвхmax=25 мА;

Iком=8 мА.

Резисторы R1 и R2 рассчитываются из условий максимального входного и коммутируемого токов. Диод обеспечивает защиту от неправильной полярности включения.

Резисторы:

R1 C2 – 23 0.25Вт 1600 Ом±0.25%

R2 C2 – 23 0.125Вт 270 Ком±0.1%

Диод КД521А(Д220А):

Uпр=1В, Uобр=75В, Iпр.ср=50мА, Iобр=1мкА.

Обработка выходных величин: Электромагнит.

В данной работе автомат генерирует выходной сигнал управления электромагнитом (=24В, 10Вт). Данная мощность явно не позволяет подключать электромагнит непосредственно к выходу микропроцессора, поэтому здесь целесообразно применить мощные твердотельные оптоэлектронные реле. Мощность на выходе которых может достигать достаточно больших значений. В оптопаре одновременно реализуется гальваническая развязка силовой и управляющей цепей, а также усиление по мощности сигнала.

Схема подключений оптоэлектронного реле:

Твердотельное реле для цепей постоянного тока 5П19А1:

Напряжение коммутации -60..+60В

Ток коммутации -3..3А

Входной ток 10 – 25мА

Входное напряжение в выключенном состоянии -3.5..0.8 В

Рассеиваемая мощность 1000мВт

Температура окр. среды -45..+85

Корпус SIP12

Резистор:

R C2 – 23 0.125Вт 360 Ом±0.1%

Транзисторный модуль

Транзисторный модуль М2ТКИ-50-12 управляется специализированным драйвером - драйвер транзисторных модулей такого типа - IR2112 фирмы International Rectifier. Драйвер способен выдерживать напряжения до 600 вольт. Схема включения приведена ниже: