Разработка АСУТП развальцовки труб в трубных решетках теплообменных аппаратов на базе комплектных микроконтроллеров

Маска изготовляется из конденсаторной бумаги толщиной 0,01 -0,015мм. (ГОСТ 1908-66). Маска представляет из себя квадрат, диагональ которого на 10-14 мм больше расстояния между «подпайками» медных выводов 4-го тензорезистора. В середине маски делается отверстие 5 квадратной форсы. Размер отверстия должен быть больше длины (L) тензорезистора настолько, чтобы монокристалл тензорезистора с небольшим зазором укладывался на стороне квадрата отверстия маски (L=2 мм).

Перед наклейкой осторожно  выправляются выводы тензорезисторов, затем они укладываются над отверстиями маски под прямым углом относительно друг друга параллельно двум соседним сторонам квадрата отверстия в маске так, чтобы монокристаллы своей рабочей поверхностью не контактировали с бумагой маски и между собой. Электрический контакт между тензорезисторами должен быть вблизи присоединения гибких выводов 6 к монокристаллу. Убедившись, что тензорезисторы расположены рабочими поверхностями к отверстию маски, можно закрепить выводные проводники. Для этого необходимо взять полоску 7 из конденсаторной бумаги и шириной 3 – 5 мм, смазать клеем БФ-2 и приклеить ими выводы тензорезисторов к маске. После просушки маски, если есть необходимость, то следует поправить ориентацию тензорезисторов на маске.

Подложка под тензорезисторы изготовляются обычным методом.

На готовую поверхность  наносится тонкий слой клея. Размеры  площадки, покрытой клеем, должны быть примерно равны размеру отверстия в маске. На эту площадку наклеивается отверстием маска с тензорезисторами. Она предварительно ориентируется относительно ЧЭ. Клей, который выдавливается из-под тензорезисторов, заполняет свободное пространство отверстия маски. После отвердения клея получается таблетка с размерами отверстия маски, в которой «замурованы» тензорезисторы.

       4.1.2 Разработка датчика угла поворота

      4.1.2.1 Анализ существующих методов  измерения угла поворота

        Датчики угла поворота строятся  в основном на применении магнитной индукцик светового излучения.

      1. Индуктосин является вращающимся  трансформатором специальной конструкции. Индуктосины выполняются поворотными и линейными.

       Ротор и статор поворотного  индуктосина располагаются рядом с небольшим зазором (0,125 мм). Ротор и статор стеклянные с нанесенными печатным способом электрическими обмотками. Ротор имеет одну обмотку, а статор - две обмотки, которые образуют одну двухфазную обмотку. Толщина проводящих линий обмоток и их взаимное расположение выполнены таким образом, что при подаче в обмотку статора двух синусоидальных напряжений, сдвинутых на 90°, т.е. двухфазной системы напряжений, в обмотке ротора наводится синусоидальное напряжение почти без высших гармоник. Так как индуктосин не имеет железного сердечника, то он питается током повышенной частоты 10 кГц. Индуктосины выполняются с большим числом полюсов (порядка сотен) и поэтому позволяют отсчитывать углы с точностью до нескольких секунд.

        Индуктосины являются фазовыми  датчиками, так как они подают синусоидальный сигнал, сдвиг фазы которого относительно синусоидального опорного напряжения той же частоты пропорционален перемещению.

        Недостатками индуктосинов являются  сложность конструкции и необходимость в специальных источниках питания.

       2. Фотоэлектрический кодовый преобразователь.  Принцип действия его со», .оит в том, что от газонаполненной лампы луч света через светофильтр направляется на кодированный диск, закрепленный на валу, и через диаграммы попадает на фотоэлемент. Один оборот вала делится на части с помощью кодированной шкалы диска. Этот диск состоит из нескольких концентрических колец, образованных последовательно чередующимися прозрачными и непрозрачными секторами. Каждому из 32 возможных положений цикла соответствует одно число (от 0 до 31 включительно), выраженное в двоичном коде: единица соответствует наличию тока, 0 - отсутствию тока.

     3. Фотоимпульсный  датчик угла поворота основан  на прохождении светового импульса сквозь диск с прорезями, при его вращении, и подсчете этЯЩ мпульсов за один оборот специальным счетным устройством.

      В последнее  время в качестве фотопередатчиков используют ИК-диоды. Разработка полупроводниковых инфракрасных излучателей - ИК-диодов, одно из самых значительных достижений полупроводниковой техники последних лет.

        Появился компактный, высокоэффективный  и быстродействующий источник инфракрасного излучения, способный сконцентрировать в очень короткой вспышке мощность, многократно превышающую мощность непрерывного его излучения.

         Из фоточувствительных приборов  далеко не все обладают достаточным  быстродействием, чтобы реагировать на каждую вспышку ИК-диода. Обычно в фотоприемниках импульсного излучения используют фотодиоды. Импульсные микротоки , возникающие в фотодиоде при его облучении, необходимо усилить и привести к нормам цифрового стандарта, т.е. преобразовать каждую ИК вспышку в импульс напряжения, пригодный для непосредственного управления цифровой микросхемой.

 

     

 

     4.1.2.2 Компоновка датчика угла  поворота.

    В качестве  датчика угла поворота используем  светофотодиодную пару, разделенную светонепроницаемым диском с прорезями.

Схема и конструктивное оформление датчика угла поворота показаны на рисунке 3

              

. Рискнок 3-Компоновка датчика угла поворота

 

       4.1.2.3 Выбор элементной базы

Резисторы R1 и R2 выбираются из условий ограничения тока через свето- и 
фотодиоды. В качестве излучателя используем инфракрасный светодйод АЛ 107Б, 
который позволяет практически полностью исключить влияние фоновой засветки 
(при использовании ИК-фильтра).

Параметры ИК-диода  АЛ107Б: ,

-    излучаемая  мощность (при токе через диод 100 мА)       - 12 мНт;1

-    время  нарастания/спада излучаемой мощности (0,1 - 0,9Р_мах)   - 50 мкс;

-   длина волны,  соответствующая максимальному  излучению - 0,9 мкм;

-    падение напряжения  на диоде (притоке 100 мА)                 - 1,9 В;

-    максимальный  ток                                                    - 100 мА;

-    максимальное  обратное напряжение                                      - 2 В;

-    угол  излучения                                                     - 25°.

    Резистор R1 выбираем из условий ограничения рабочего тока, проходящего через светодиод.

 

Номинальный, рабочий   ток   принимаем   меньше   максимального,   чтобь увеличить срок службы светодиода

 

 По ряду Е24 принимаем  резистор 

         Резистор R2 - это нагрузка фотодиода, которая формирует выходной сигнал датчика угла поворота в виде напряжения. Резистор выбирается исходя из параметров фотодиода. В качестве фотоприемника выбираем фотодиод ФД-27К, имеющий минимальный темновой ток и высокую температурную стабильность.

Параметры фотодиода  ФД-27К:

-    размер  фоточувствительного элемента - 10 мм; 

-    спектр                                 - 0,47 - 1,12 мкм;

-    рабочее  напряжение                                  - 27 В;

-   темновой  ток, не более                      - 1,5 мкА.

        Значение R2 выбираем в пределах 10... 100 кОм. Принимаем R₂=51 кОм. По ряду Е24 принимаем резистор R2=51 кОм ± 5%.

       Определим выходные сигналы.

     Темновое напряжение:

       Световое напряжение:

 

 

      Напряжение помехи:

 

Импульсные  микротоки, возникающие в фотодиоде  при его облучении, необходимо усилить и привести к уровню логического нуля и единицы.

 дискретным входам ЛУСО

 

              

 

 

 

 

 

 

 

 

                 4.2 Подсистема вывода

                4.2.1 Разработка платы индикации

1. Выбор элементной  базы

 

    Для отображения состояния технологического процесса необходимо в составе АСУТП предусмотреть плату индикации, информирующую оператора о текущем режиме работы установки.

В качестве индикаторов  выбираем коммутаторные лампы типа КМ24–90 ГОСТ 6940–74 со следующими характеристиками:

 

Номинальное напряжение Номинальный ток

24 В 90 мА

Технические характеристики ламп позволяют подключать их к ДЕР–контролеру напрямую, без дополнительных устройств.

Схема подключения лампы  к ЛУСО представлена  на рисунке 8, все лампы подключаются к ЛУСО одинаково.

Рисунок 4 Схема подключения  лампы к ЛУСО

 

       4..2.1.2 Конструктивное оформление платы  индикации

 

       Отметим  некоторые технические требования. При эксплуатации все лампы должны быть снабжены рассеивающими пластмассовыми линзами. Сигнальные провода должны крепиться к лампам пайкой, для чего на каждой лампе имеются соответствующие лепестки.

       Схема  платы индикации представлена  на рисунке 4.

.

 

 

 

                     Рисунок  4   Схема включения  ламп сигнализации.

 

            4.2.2 Разработка панели управления

          4.2.2.1 Выбор кнопок управления

       Для обеспечения эффективного  управления технологическим процессом  в составе АСУТП необходимо  предусмотреть панель управления  на базе кнопок предназначенных для формирования командных сигналов, поступающих на микроконтроллер.

       Выбираем кнопки с возвратом  КМД1-1 АГО.360.203ТУ 11-85.

       Технические характеристики кнопки  КМД1-1

                                            -   ток коммутации                                                          2А;       

                                -  напряжение коммутации  30В; 
                                         -  условия эксплуатации:

                       - температура  -0..+100°С; 
                       -относительная влажность                  - до 98%; 
                       -атмосферное давление                                                    - 0,6... 104 кПа;

                                        -    сопротивление изоляции                          - 1000 МОм;

                                       -    сопротивление замкнутой пары контактов - =< 0,05 Ом;

                                        -    масса переключателя                                               - 12,5 г.

     Все кнопки  подключаются к ЛУСО одинаково.  Подключение кнопок к дискретным входам ЛУСО осуществляются согласно приведенной на рисунке 5 схемы.

 

 

 

      Рисунок 5 - Схема подключения кнопок управления к

   4.2.2.2 Конструктивное  оформление панели управления

         В АСУТП развальцовки труб  в трубных решетках теплообменных аппаратов необходимо предусмотреть следующие режимы:

1.Пуск.

3.Реверс.

3.Стоп.

4.Ручной.

5.Полу-автомат.

6.Автомат.

7.АСУТП.

   Учитывая замечания,  сделанные в предыдущем пункте, изобразим схему панели управления (рисунок 6).

При конструировании панели управления особое внимание уделяется кнопке «Стоп», которая должна находиться отдельно от всех кнопок, выделяться

красным цветом.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

         Рисунок 6:Схема панели управления

а) схема включения  кнопок управления;

б) схема внешнего вида панели управления.

 

       4.3 Разработка функциональной схемы АСУТП

Функциональная  схема разработана в соответствии с тем. что АСУТП развальцовки, это система, подключаемая к компьютеру типа IBM PC через последовательный порте использованием расширителя DEP-RL/FX.

По заданию  АСУТП имеет 4 поста, каждый из которых  включает:

1.  DEP- контроллер.

2. Датчик крутящего  момента.

3. Датчик угла  поворота.

4. Панель управления.

5. Панель индикации.

6. Клеммная коробка.
7. Клемную коробку.
8. Локальное устройство связи  с  обьектом (ЛУСО)