Тема 2. Разработка устройства управления электроприводом

Задание на разработку

Устройство предназначено для управления трехкоординатным электроприводом настольного сверлильного станка. Собственно функцию управления обеспечивает ЭВМ, которая в состав разрабатываемого устройства не входит.

Разрабатываемое устройство должно обеспечивать передачу информации о положении рабочих органов станка в управляющую ЭВМ и управление двигателями постоянного тока (ДПТ) перемещения рабочих органов. Питание – сеть 50Гц 220В±20%. Диапазон рабочих температур 0…+50°С. Устройство должно быть выполнено в виде одной или нескольких печатных плат, соединенных друг с другом и с внешними устройствами посредством кабелей и разъемов. Остальные технические требования зависят от номера варианта.

Структурная схема устройства приведена на рисунке 2, а исходные данные по вариантам - в таблицах 2 и 3.

В качестве датчиков положения рабочих органов в зависимости от номера варианта должны использоваться вращающиеся трансформаторы (ВТ), фотоимпульсные датчики или кодовые фотодатчики. Все они механически связаны с ходовыми винтами и регистрируют их угол поворота, а значит и

перемещение рабочих органов по координатам.

Координата 1

Датчик положения рабочего органа

Схема запитки и обработки инфор- мации

Сеть ≈220В 50Гц

к ЭВМ

		Источник питания
		ЦАП э/привода

от ЭВМ

	Датчик частоты вращения
		Схема обработки информации

к ЭВМ

ЭВМ

ЭВМ

Рисунок 2 - Структурная схема устройства управления электроприводом

Схемы запитки и обработки информации для разных типов датчиков имеют существенные отличия. Так датчики ВТ для обеспечения их работы должны запитываться синусоидальным сигналом частотой 400Гц или 2кГц амплитудой 10В при коэффициенте гармоник не более 1%. Для получения такого сигнала может быть использован либо аналоговый генератор с фазосдвигающими цепями, либо генератор меандра с полосовыми фильтрами, либо специальный цифровой генератор гармонических сигналов.

Фотоимпульсные датчики - преобразователи типа ВЕ-178, вырабатывающие за один оборот 256, 1024 либо 4096 импульсов.

Кодовые двоичные десятиразрядные фотодатчики ­- любого типа.

Более подробно схемы запитки и обработки информации всех этих датчиков будут рассмотрены ниже.

Датчик частоты вращения электродвигателя контролирует непосредственно вращение вала электродвигателя. Это может быть тахогенератор (установлен на двигателе, для расчетов принять коэффициент преобразования 1мВ/об. в мин) либо импульсные датчики: оптопары с открытым оптическим каналом серии ОПД-18М или датчики, работа которых

основана на эффекте Холла: микросхемы серии К1116, ТLЕ4935.

Таблица 2 - Варианты 2.1…2.12 исходных данных для проектирования

_____________________________________________________________________________

Вариант 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 2.11 2.12

Исходные данные

Датчик положения рабочего органа

типа ВТ

частота запитки

400Гц * * *

2000Гц * * *

схема запитки

аналоговый генератор и

фазосдвигающая цепь * *

генератор меандра и

полосовые фильтры * *

цифровой генератор

гармонического сигнала * *

фотоимпульсный датчик

кол-во импульсов на 1 оборот

256 * *

1024 * *

4096 *

кодовый фотодатчик 10-разрядн. *

Датчик частоты вращения э/двигателя

тахогенератор

ввод данных в ЭВМ

код, число разрядов 8 10 8

частота * *

импульсный датчик

оптопара с открытым оптич.

каналом * * * *

датчик на эффекте Холла * * *

ЦАП э/привода

с параллельным входным кодом * * *

преобразователь частота-напря-

жение * * *

преобразователь длительности

импульсов в напряжение * * * * * *

Электродвигатель привода

24В, 0,2А * * * *

24В, 2А * * * *

110В, 0,1А *

110В, 1А * * *

Таблица 3 - Варианты 2.13…2.24 исходных данных для проектирования

_____________________________________________________________________________

Вариант 2.13 2.14 2.15 2.16 2.17 2.18 2.19 2.20 2.21 2.22 2.23 2.24

Исходные данные

Датчик положения рабочего органа

типа ВТ

частота запитки

400Гц * *

2000Гц * *

схема запитки

аналоговый генератор и

фазосдвигающая цепь *

генератор меандра и

полосовые фильтры * *

цифровой генератор

гармонического сигнала *

фотоимпульсный датчик

кол-во импульсов на 1 оборот

256 * * *

1024 * *

кодовый 10-разрядн. * * *

Датчик частоты вращения э/двигателя

тахогенератор

ввод данных в ЭВМ

код, число разрядов 8 10 8 10 8

частота * * * *

импульсный датчик

оптопара с открытым оптич. *

каналом

датчик на эффекте Холла * *

ЦАП э/привода

с параллельным входным кодом * * * *

преобразователь частота-

напряжение * * * * * *

преобразователь длительности

импульсов в напряжение * *

Электродвигатель привода

24В, 0,2А * * *

24В, 2А * *

110В, 0,1А * * * *

110В, 1А * * *

________________________________________________________________________________

Схема обработки информации с датчиков частоты вращения э/двигателя при использовании тахогенератора должна выдавать ЭВМ параллельный двоичный код (более подробно эта схема так же будет рассмотрена ниже), либо импульсный сигнал, частота которого пропорциональна частоте вращения вала двигателя. При использовании импульсных датчиков их выходной сигнал подается непосредственно на вход ЭВМ.

ЦАП э/привода должен получать от ЭВМ информацию либо в виде параллельного двоичного 8-разрядного кода, либо частоты, либо в виде импульсов с изменяемой длительностью. При этом на его выходе должен

формироваться аналоговый сигнал, который затем после усиления усилителем обеспечит вращение электродвигателя. Погрешность преобразования ЦАПа не должна превышать 0,2%.

Усилитель должен обеспечивать усиление сигнала ЦАПа по мощности, иметь защиту от перенапряжений на выходе, от перегрева, схему ограничения

выходного тока. Использование здесь простого усилителя возможно исключительно в учебных целях – данное решение на практике, особенно при больших массах рабочих органов, привело бы к существенному снижению динамических характеристик привода (Более подробно эти вопросы изучаются в учебном курсе «Автоматизированный электропривод»). По этой причине при мощности э/двигателя более 100Вт вместо усилителя желательно применить (т.е. выбрать и грамотно подключить) специальное конструктивно законченное устройство – электропривод ДПТ.

Электродвигатели приводов в зависимости от номеров вариантов могут быть серии ДПМ (24В), ДК (110В) либо любые другие современные высокомоментные ДПТ с характеристиками, соответствующими заданию.

Все остальные, не оговоренные выше характеристики, параметры и конструктивные особенности устройства должны определяться разработчи- ком самостоятельно исходя из требования обеспечения минимальной себестоимости устройства при максимальной эффективности и надежности его работы.

Дата добавления: 2015-06-04