ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Система
регулирования скорости реверсивного
электропривода ДПТ с широтно-импульсным
преобразователем:
– тип мотор-редуктора IG-42GM, напряжение питания – 24 В;
– управление несимметричное;
– регулирование скорости – дискретное 3 бита (8 скоростей) – 40, 80…320рад/с;
– индикация – текущего задания скорости на семисегментных индикаторах в рад/с;
– входы управления – сигнал разрешения, сигнал направления вращения.
Таблица 1 – Основные характеристики двигателя IG-42GM
UН, В |
MН, г·см |
nН, об/мин |
IН, мА |
n0, об/мин |
I0, мА |
P, Вт |
Imax, А |
Imax имп, А |
24 |
609 |
6013 |
< 2150 |
7000 |
< 500 |
50,8 |
4 |
20 |
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………...…...5
1 РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ………………………...…..6
2 ВЫБОР ТИПА УПРАВЛЯЮЩЕГО УСТРОЙСТВА…………………...........8
3 ВЫБОР ИЛИ РАЗРАБОТКА ТРЕБУЕМЫХ
ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ……………………………………………….....…10
4 ВЫБОР СИЛОВЫХ КЛЮЧЕЙ………….……………………..……………..16
5
ВЫБОР ДРАЙВЕРОВ
ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ
СИЛОВЫМИ КЛЮЧАМИ…………………………………………………...…17
6 ВЫБОР КОММУТАЦИОННОЙ АППАРАТУРЫ И
ЭЛЕМЕНТОВ УПРАВЛЕНИЯ………………………..………………………..18
7 РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ
УПРАВЛЕНИЯ И ПЕРЕЧНЯ ЭЛЕМЕНТОВ………………………………….21
8 РАСЧЕТ ВРЕМЕННЫХ ДИАГРАММ………………………………………22
9 РАЗРАБОТКА ПРОГРАММЫ УПРАВЛЯЮЩЕГО
УСТРОЙСТВА…………………………………………………………………...23
ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………..……………………………...............30
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК……………………...………...................31
ПРИЛОЖЕНИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ А. СПИСОК ЭЛЕМЕНТОВ...………………………………..32
ВВЕДЕНИЕ
Целью данного курсового проекта является проектирование микропроцессорной системы управления электроприводом
Микропроцессорные системы управления получают все большее распространение в современном электроприводе.
В процессе проектирования выбираются устройства комутации, активный элементы и источники питания.
Спроектированная система управления построена на микропроцессоре фирмы ATMEL ATmega48/V. Язык программирования ASSEMBLER.
Наладка и апробирование производится на лабораторных стендах кафедры ЭПА ЮУрГУ.
Преимуществом проектируемой системы является ее универсальность, поскольку она способна удовлетворить разнообразному сочетанию требований со стороны технологического процесса, а также гибкость ее модернизации, так как изменению подвергается программная часть системы.
1 Разработка функциональной схемы
На функциональной схеме представлены:
DD1 – управляющее устройство (микроконтроллер AVR);
DD2, DD5 – устройства опторазвязки;
DD3, DD4 – микросхемы драйверов;
VT1-VT4 – силовые ключи;
VD1-VD4 – обратные диоды силовых ключей;
HG1-HG4 – семисегментные индикаторы;
QZ1 – кварцевый резонатор;
SA1 – тумблер, включает и отключает сигнал разрешения;
SB1 – тумблер, осуществляет реверс двигателя;
SA2, SA3, SA4 – тумблеры задания скорости;
М – двигатель постоянного тока.
Ниже будет представлена функциональная схема проектируемой системы.
2 Выбор типа управляющего устройства
Для обеспечения функционирования системы управления требуется:
– 21 канал ввода/вывода;
– 1 таймер (один восьмиразрядный таймер для обеспечения двух каналов ШИМ и индикации);
С учетом этих требований выбираем микроконтроллер ATmega48/V (рисунок 2). Характеристики микроконтроллера приведены в таблице 1.
Рисунок 2 – Микроконтроллер ATmega48/V
Назначение выводов:
VCC – напряжение питания
GND – общий провод
AVCC – аналоговое питание для АЦП
AREF – внешний источник опорного напряжения для АЦП
PB0...PB7 – Выводы порта B
PC0...PC6 – Выводы порта C
PD0...PD7 – Выводы порта D
Альтернативные функции выводов:
RESET – сброс микроконтроллера
XСK – внешний тактовый вход интерфейса USART
XTAL1, XTAL2 – подключение кварцевого резонатора
T0, T1 – входы таймеров Т0, Т1
OC0А, OC1A, OC2А, OC0B, , OC1B, OC2B – выходы таймеров
ICP – вход захвата таймера Т1
INT0, INT1, INT2 – входы внешних прерываний
AIN0, AIN1 – входы аналогового компаратора
SS – сетевой режим по интерфейсу SPI
MOSI – выход интерфейса SPI
MISO – вход интерфейса SPI
SCK – тактовый вход интерфейса SPI
RXD, TXD – вход и выход USART
SDA, SDL – линии последовательной передачи данных и тактовых импульсов по шине I2C
TOSC2, TOSC1 – выводы подключение часового резонато
ра 32768 Гц
ADC0...ADC5 – каналы АЦП
Таблица 1 – Характеристики микроконтроллера ATmega48/V
Flash, кбайт |
СППЗУ, байт |
ОЗУ, байт |
I/O |
Fmax, МГц |
Vcc, В |
Таймер 16-бит |
Таймер 8-бит |
ШИМ, каналов |
RTC |
8 |
256 |
512 |
23 |
20 |
1,8-5,5 |
1 |
2 |
6 |
- |
Продолжение
таблицы 1
SPI |
USART |
TWI |
ISP |
10-бит АЦП, каналов |
Компа-ратор (ан.) |
Детек-тор Vcc |
WD |
Osc. |
Корпус |
1 |
1 |
+ |
+ |
8 |
+ |
+ |
+ |
+ |
PDIP28 |
В данном курсовом проекте нам потребуется отдельный источник питания для микроконтроллера ATmega48/V с уровнем напряжения в 5 В.
Ниже представлены зависимости потребляемого тока от частоты микроконтроллера (рисунок 6):
Рисунок 6 – Зависимости потребляемого тока от частоты микроконтроллера
На графике видно, что при напряжении питания 5 В и частоте 8 МГц микроконтроллер потребляет около 11 мА. Отсюда можно рассчитать мощность потребляемую микроконтроллером:
PAVR=IПИТ·UПИТ=0,011·5=0,055 Вт.
Для индикации выходных сигналов выберем семисегментный индикатор CA04-41SRWA (рисунок 7 и таблица 5):
Рисунок 7 – Семисегментный индикатор CA04-41SRWA
Таблица
5 – Технические параметры семисегментного
индикатора CA04-41SRWA
-
Наименование
Значение
Материал
GaAlAs
Цвет свечения
красный
Длина волны, нм
640
Минимальная сила света Iv мин., мКд
8
Максимальная сила света Iv макс., мКд
18
При токе Iпр., мА
10
Количество сегментов
7
Количество разрядов
4
Схема включения.
Общий анод
Высота знака, мм
10,16
Максимальное прямое напряжение, В
2,5
Максимальное обратное напряжение, В
5
Максимальный прямой ток, мА
30
Максимальный импульсный прямой ток, мА
155
Рабочая температура, С
-40…85
Отсюда можно рассчитать мощность потребляемую индикатором, возьмем максимальные значения:
PИНД=IПР·UМАКС=0,030·5=0,15 Вт.
Исходя из рассчитанных значений токов и мощностей выбираем источник питания MeanWell LPP-100-5. Источника питания на рисунке 8, параметры сведены в таблицу 6:
Таблица 6 - Источник питания MeanWell LPP-100-5
P, Вт |
UВЫХ, В |
IВЫХ, А |
UВХ(AC), В |
UВХ(DC), В |
fВХ, Гц |
100 |
5 |
0–20 |
85 ~ 264 |
120 ~ 370 |
47–63 |
Рисунок
8 – Источник питания MeanWell
LPP-100-5
Для полной развязки управляющих сигналов и силовой части выбираем источник питания для оптотиристорных модулей с выходами на управляющие каналы драйверов(будут выбраны ниже), с уровнем напряжения 12 В.
По заданным параметров находит источник MeanWell LPP-100-12 (рисунок 9, таблица 7)
Таблица 7 - Источник питания MeanWell LPP-100-12
P, Вт |
UВЫХ, В |
IВЫХ, А |
UВХ(AC), В |
UВХ(DC), В |
fВХ, Гц |
100 |
12 |
0–8.5 |
85 ~ 264 |
120 ~ 370 |
47–63 |
Рисунок 9 – Источник питания MeanWell LPP-100-12
3 ВЫБОР ИЛИ РАЗРАБОТКА ТРЕБУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ
Характеристики двигателя IG-32PGM представлены в таблице 2.
Таблица 2 – Характеристики двигателя IG-32PGM
UН, В |
MН, г·см |
nН, об/мин |
IН, мА |
n0, об/мин |
I0, мА |
P, Вт |
24 |
609 |
6013 |
< 2150 |
7000 |
< 500 |
50,8 |
Рисунок 3 – Статические характеристики двигателя IG-42GM
Пусть при пуске двигателя момент нагрузки будет максимальный и равен:
MMAX= 2MН=1200 г·см,
тогда ток максимальный ток будет равен: