1.2 Разработка схемы электрической структурной устройства
Схема электрическая структурная устройства представлена в приложении А. Ниже дано описание данной схемы.
При нажатии кнопки SB1 “Пуск вперед” на вывод 1 электронного блока (ЭБ) подается напряжение Uвх и ЭБ формирует на выводе 4 сигнал для открытия электронного ключа ЭК1. Реле K1 получает питающее напряжение Uп и замыкает контакт K1.1, напряжение сети Uс подается на контактор КМ1, который замыкает контакты КМ1.1. ДПТ подключается к сети и начинается его разгон и вращение в одну сторону. Индикатор ИНД1 сигнализирует об этом.
При нажатии кнопки SB2 “Пуск назад” на вывод 2 электронного блока подается напряжение Uвх и ЭБ формирует на выводе 5 сигнал для открытия электронного ключа ЭК2. Реле K2 получает питающее напряжение Uп и замыкает контакт K2.1, напряжение сети Uс подается на контактор КМ2, который замыкает контакты КМ2.1. ДПТ подключается к сети обратной полярностью и начинается его разгон и вращение в обратную сторону. Индикатор ИНД2 сигнализирует об этом.
При нажатии кнопки SB3 “Стоп” на вывод 3 электронного блока подается напряжение Uвх и ЭБ формирует на выводах 4 и 5 сигналы для закрытия электронных ключей ЭК1 и ЭК2. Реле K1, K2 и контакторы KM1, KM2 будут отключены от питания. Контакты КМ1.1, КМ2.1 разомкнутся. Двигатель будет отключен от сети. Произойдет остановка двигателя.
Для защиты ДПТ от перегрузок последовательно в цепь двигателя включен шунтирующий резистор ШР, напряжение на котором прямо пропорционально току, который потребляет двигатель. Это напряжение подается на усилитель У. С выхода усилителя напряжение снимается и подается на вывод 6 электронного блока. При перегрузках двигателя ЭБ будет формировать сигналы для отключения двигателя от сети.
1.3 Выбор элементной базы
В качестве основного элемента электронного блока управления выбирается плата Arduino UNO. Общий вид платы изображен на рисунке 1.2 Плата Arduino Uno (рисунок 1.2) построена на микроконтроллере ATmega328.
В отличие от всех предыдущих плат, использовавших для связи по USB микроконтроллер FTDI USB, новый Arduino Uno использует микроконтроллер ATmega8U2.
Коммутация и реверс ДПТ будет производиться с помощью контакторов. Управление подачей питания на контакторы будет осуществляться с помощью маломощных реле и электронных ключей, построенных на базе биполярных транзисторов в схеме с общим эмиттером. Для зашиты от индукционных напряжений на реле используются шунтирующие диоды. Для индикации процессов используются светодиоды.
С помощью шунтирующего резистора и операционного усилителя будет осуществлен косвенный контроль за током, который потребляет двигатель.
Характеристики платы Arduino UNO приведены в таблице 1.1
Таблица 1.1 – Характеристики платы Arduino Uno
Микроконтроллер |
ATmega328 |
Рабочее напряжение |
5 В |
Входное напряжение (рекомендуемое) |
7 – 12 В |
входное напряжение (предельное) |
6 – 20 В |
Цифровые входы/выходы |
14 (6 из которых могут использоваться как выходы ШИМ) |
Аналоговые входы |
6 |
Постоянный ток через вход/выход |
40 мА |
Постоянный ток для вывода 3,3 B |
50 мА |
Флеш-память |
32 Кбайт, при этом 0,5 Кбайт используются для загрузчика |
ОЗУ |
2 Кбайт |
EEPROM |
1 Кбайт |
Тактовая частота |
16 МГц |
Полный перечень элементной базы устройства приведен в таблице 1.2
Таблица 1.2 – Элементная база устройства
Элемент |
Характеристики |
Количество |
Шунт |
75ШИП1-10-0.5 0,01 Ом, 10 A, 75 мВ |
1 |
Резистор |
CF-25 (Резистор углеродистый) 300 кОм, 0,25 Вт, 5% |
1 |
Резистор |
CF-50 (Резистор углеродистый) 10 кОм, 0,5 Вт, 5% |
4 |
Резистор |
CF-100 (Резистор углеродистый) 1 кОм, 1 Вт, 5% |
4 |
Светодиод |
GNL-3012GD (Светодиод зеленый) 20 мА |
3 |
Светодиод |
GNL-3014BC (Светодиод синий) 20 мА |
1 |
Электромагнитное реле |
HF32F-G/024-HST 24 V, 10 А |
2 |
Диод |
P600A Максимальный (средний) прямой ток, 6 A Максимальное постоянное обратное напряжение, 50 В |
2 |
Микросхема |
LM358 (Двухканальный операционный усилитель) Напряжение питания(Однополярное): 3-32 В Напряжение смещение: 2000 мкВ Ток потребления микросхемой: 7 мА Число каналов: 2 |
1 |
Таблица 1.2 (Продолжение)
Транзистор |
КТ646Б (Биполярный транзистор) 40 V, 1 A, 1 Вт Тип: NPN Коэффициент усиления в схеме с общим эммитером: 150 |
2 |
Кнопка без фиксации |
0613HIM-130G-G Рабочее напряжение: 12 V |
3 |
Контакторы для ДПТ выбираются по мощности конкретного типа двигателя. Максимальный ток потребления контактором не должен превышать 10 А.