62989 (588882), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

Рис. 2.24. Временные диаграммы работы счетчика в режиме ШИМ.

Поясним кратко его работу. 16-разрядный счетчик подсчитывает каждый импульс, поступающий на его вход с делителя частоты. При этом сначала он считает вверх (то есть, прибавляя единицу на каждом шаге), а по достижении верхнего значения FF он начинает считать вниз (то есть, вычитая единицу на каждом шаге). При этом если значение в регистре TCNT1 меньше OCR1, на выходе ШИМ преобразователя (PWM Output) устанавливается единица. Если же значение регистра TCNT1 превышает содержимое OCR1, на выходе ШИМ преобразователя устанавливается логический ноль. Это позволяет генерировать импульсы с заданной частотой и скважностью для управления аналоговыми исполнительными механизмами. В нашем случае к его выходу подключается усилитель мощности, питающий ИМ.

2.8. Разработка принципиальной схемы.

Так как датчики ТСМ-012 и Метран-ЗООПР имеют токовый выход с максимальным значением 20мА. Поэтому перед подачей на вход микроконтроллера его необходимо преобразовать в напряжение и нормализовать. Схема блока согласования уровней сигналов приведена на рис. 2.26. В качестве ОУ используется прецизионный операционный усилитель К140УД17 с низким дрейфом нуля и малым напряжением смещения [10].

Рис. 2.25. Операционный усилитель К140УД17.

Таблица 2.1. Основные параметры ОУ К140УД17.

Напряжение питания, UП	15В10%
Коэффициент усиления	200000
Сопротивление нагрузки	>1000Ом
Напряжение смещения	2мВ
Частота единичного усиления, f1	0,4 МГц
Разность входных токов, IВХ	0,2 нА
Температурный дрейф разности входных токов IВХ /T	не более 0,12 нА/C
Синфазное напряжение	6 В
Температурный коэффициент напряжения смещения, UСМ/T	не более 3 мкВ/C

Рис. 3.25. Схема блока согласования.

Операционный усилитель К140УД17 требует для своего питания стабильного напряжения номиналом В., поучаемой с помощью трансформатора с двумя вторичными обмотками, выпрямителя VD7, VD8, VD9, VD10 и двух идентичных стабилизаторов напряжения.

Рис. 2.27. Схема стабилизатора напряжения на В.

Исполниетельные механизмы требуют для своей работы высокого напряжения 220В, а также потребляют достаточно большую мощность. Для формирования рабочих напряжений на них необходимо использовать соответствующие усилители мощности, реализованные на основе биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT).

IGBT представляют собой гибрид биполярного и полевого транзистора и сочетают в себе все их положительные качества. IGBT имеют большую коммутируемую мощность, высокие рабочие частоты, малые статические и динамические потери, малую мощность управляющего сигнала. Несмотря на то, что скорости переключения IGBT достаточно высоки, они включаются все же медленней, чем МОП-транзисторы. IGBT имеют затяжку тока при выключении, что ограничивает частоты переключения с ШИМ и в других ключевых схемах пределом около 50кГц.

Во входной цепи IGBT-транзисторов присутствует достаточно большая емкость, наличие которой связано с технологией производства подобных приборов. Для ее перезаряда требуется специальным образом сформированное напряжение. Для этих целей промышленностью выпускаются специализированные микросхемы драйверов. Их главное назначение – обеспечение выходного тока, достаточного для быстрого перезаряда входных емкостей транзистора, и как следствие, транзистор может работать на больших частотах. В качестве драйвера предлагается использовать микросхему IR2118 от фирмы International Rectifier.

Для питания выходных каскадов силовой части блока необходимо наличие постоянного напряжения величиной 220 В, которое формируется с помощью двухполупериодного выпрямителя, оснащенного сглаживающим фильтром, выполненном на электролитическом конденсаторе.

Рис. 2.28. Схема выпрямителя.

Основное питающее напряжение схемы +5 В. Для его формирования используется схема представленная на рис. 3.30.

Рис. 2.29. Схема стабилизатора +5В.

АЦП микроконтроллера ATmega 16 требует присутствия внешней схемы, обеспечивающей стабильное напряжение U_AREF=4,096В. В качестве источника опорного напряжения используется микросхема TL431 (рис.3.31) – прецизионный регулируемый источник опорного напряжения, имеющий в своем составе достаточно сложную схему термокомпенсации, и позволяющий получить точно заданное значение выходного опорного напряжения, стабильное в широком диапазоне температур [10].

Рис. 2.30. Микросхема TL431.

Принципиальная схема САУ смесительного устройства представлена в приложении (чертеж ЦТРК 2101.980901.0000.Э03).

3. Сопряжение верхнего и нижнего уровней АСУ тепличного комбината

Одной из составных частей современного электронного оборудования стали коммуникационные сети. Они занимают серьезное место в области использования персональных компьютеров, периферийных устройств, офисного оборудования, управления инженерным оборудованием зданий, контроля производственных процессов и даже в таких областях, как управление различными приборами автомобилей и управление бытовой техникой. Однако, в зависимости от области применения требования к сетям совершенно различны. Так как между нижним и верхним уровнями АСУ тепличного комбината происходит постоянный обмен информацией о ходе технологического процесса, поэтому необходимо организовать её надежную передачу.

3.1. Выбор сети

Одним из важных параметров любой сети является скорость передачи информации, выражаемая в битах в секунду [bps], Если в течение долей секунды должны быть переданы миллионы бит информации, как в случае использования компьютерных сетей, то необходимо использование высокоскоростной архитектуры, поддерживающей передачу данных со скоростями порядка 10 миллионов бит в секунду. Такие задачи чаще всего решаются путем использования сети ETHERNET. Сети ETHERNET могут расширяться фактически бесконечно, однако практически размеры сети ограничены финансовыми параметрами, такими как стоимость репиторов, мостов и маршрутизаторов, а также увеличивающейся с ростом сети нестабильностью ее работы и увеличением времени отклика. Существуют также и другие системы, позволяющие обеспечить близкие параметры по скорости передачи информации. Одним из таких примеров являются системы, построенные на основе интерфейса RS485.

Одно из важных свойств сети состоит в минимальных затратах, необходимых для прокладки линий связи, по которым информация из различных точек будет поступать на центральный пульт управления. С центрального пульта может осуществляться контроль за состоянием различных датчиков и, наоборот, могут передаваться сигналы управления открыванием дверей, включением и выключением света, кондиционеров, или подаваться сигналы тревоги, если, например, разбито окно, открыта дверь в недопустимое время или произошел выход процесса за технологические границы. Аналогичная концепция может использоваться для контроля за производственным оборудованием и дистанционного управления им из одной точки.

Для всех этих областей применения характерны некоторые общие свойства, предъявляемые к параметрам сети:

1. Большое и непредсказуемое число точек расположения приборов.

2. Значительная протяженность линий связи.

3. Небольшой объем передаваемых данных.

4. Некритичность к скорости передачи данных.

Однопроводная информационная сеть MicroLAN имеет следующие преимущества:

1. Простое и оригинальное решение адресуемости абонентов.

2. Несложный протокол.

3. Простая структура линии связи.

4. Легкое изменение конфигурации сети.

5. Значительная протяженность линий связи.

6. Исключительная дешевизна всей технологии в целом.

3.2. Выбор типа линии связи

MicroLAN представляет собой информационную сеть, использующую для осуществления цифровой связи одну линию данных и один возвратный (или земляной) провод. Таким образом, для реализации среды обмена этой сети могут быть использованы, как доступные кабели, содержащие неэкранированную витую пару той или иной категории, так и обычный телефонный провод. Подобные кабели при их прокладке не требуют, как правило, наличия какого-либо специального оборудования. Ограничение максимальной длины однопроводной линии, реализуемое без специальных дополнительных вспомогательных устройств (повторителей), регламентировано на уровне 300м. Как правило, однопроводные линии связи сети MicroLAN имеют структуру, состоящую из трех основных проводников: DATA - шина данных, RET - возвратный или земляной провод, EXT_POWER - внешнее питание не только обслуживаемых ведомых устройств, но и внешних относительно них цепей датчиков и органов управления. В зависимости от способа прокладки, сопряжения с ведомыми устройствами и используемых при прокладке материалов, в соответствии с табл. 3.1 различают три основных варианта качества организации 1-Wire сетей, каждый из которых подразумевает использование особой технологии и аксессуаров при реализации линии [9].

Таблица 3.1. Варианты организации 1-Wire сетей.

При анализе требований к информационной сети АСУ тепличного комбината были отмечены следующие факторы:

1. Длина линии составляет порядка 300 метров.

2. Количество ведомых устройств – до 50 шт.

3. Скорость передачи данных не имеет существенного значения, так как тепличный комбинат представляет собой сильно инерционный объект с постоянными времени порядка 2000 секунд.

Исходя из вышеперечисленных факторов, в информационной сети АСУ тепличного комбината будет использоваться IEEE1394(FireWire) кабель.

Firewire является эластичным огнеупорным кабелем с двойной изоляцией. Он состоит из двух индивидуально изолированных витых пар, плюс два отдельных проводника для подвода питания. Структура такой линии должна использовать один из проводов для передачи данных (DATA), второй в качестве возвратного проводника или земли (RETURN). Эти два сигнала передаются, как правило, по одной из витых пар. Третий проводник необходим для передачи энергии к однопроводным компонентам (EXT_POWER), а четвертый не используется (зарезервирован для применений пользователя).

3.3. Идентификация устройств в сети MicroLAN

Благодаря встроенному сетевому контроллеру, все приборы MicroLAN пригодны для использования в сети с момента своего выпуска. При производстве гарантируется уникальность сетевого адреса для каждого выпускаемого прибора. В сети MicroLAN не существует опасности конфликта сетевых адресов и недостаточности адресного пространства. Каждый прибор, предназначенный для работы в составе сети MicroLAN, содержит страницу данных, необходимую для идентификации прибора, и называемую областью ПЗУ. В эту область при производстве микросхемы записывается с помощью лазерного луча уникальный для каждой микросхемы серийный номер. Занесение этого кода очень строго контролируется в процессе производства, и фирма Dallas Semiconductor гарантирует уникальность серийного номера для каждой микросхемы. Поэтому именно значение серийного номера используется для идентификации прибора в составе сети и для управления доступом к отдельным приборам. Кроме серийного номера в область ПЗУ заносится групповой код, отражающий функциональное назначение микросхемы, и контрольная сумма всех данных в области ПЗУ.

Характеристики

Список файлов ВКР