2.5.3 Разработка программы микроконтроллера

Разработка программы микроконтроллера в соответствии с блок-схемой алгоритма проводилась на языке Ассемблер 51.

Компиляция и создание объектного модуля проводились с помощью программы TASM. Отладка программы проводилась с помощью программы-отладчика FD51.

Листинг программы приведен ниже.

Программа опробована в составе разработанного устройства. Результаты проверки удовлетворяют предъявленным требованиям.

2.4 Реализация блока защиты двигателя бзд-03.

2.5.1 Требования к конструкции.

К модулю управления исполнительным механизмом выдвигаются следующие конструктивные требования:

1. Модуль должен быть выполнен в виде моноблока.

2. Время замены модуля не должно превышать 20 минут.

3. Подключение внешних электрических цепей к устройству управления должно осуществляться с помощью клеммных колодок проводом сечение 0,35…1 мм

2. Разработка схемы соединений.

Схема соединений приведена на чертеже 8Т1.001.001 Э4.

Подключение исполнительного механизма к модулю осуществляется с помощью клеммных соединителей WAGO.

Для соединения модуля ШИМ с модулем UNIO96-5, используется 26-жильный ленточный кабель.

Подача внешнего электрического питания 48 В на плату ШИМ осуществляется с помощью провода МПО 0,5 и клемм WAGO. Для подачи внешнего питания на блок питания 7124 используется 3-жильный кабель с разъемом MOLEX-3.

Для организации шины ISA используется монтажный комплект с гибкой шиной МК-30.

2.5.2 Конструктивная реализация модуля шим.

Для удобства крепления устройства управления ШИМ используется корпус UMK фирмы Phoenix Contact. По скольку на разработанном модуле имеется световая индекация режимов работы использование корпуса позволило размещать устройство на DIN-рельсе в удобном для нас месте.

Для обеспечения внешних подключений к блоку используются клеммы фирмы WAGO. Опыт эксплуатации показывает, что использование клемм с винтовой фиксацией монтажных проводов приводит к ухудшение контакта, вследствие ослабления винтового соединения. В клеммах WAGO монтажный провод фиксируется металлическим зажимом, что увеличивает надежность контакта и облегчает монтаж по сравнению с клеммами с винтовой фиксацией проводов. Клеммы WAGO допускают использование проводов без специализированных монтажных наконечников. Монтаж клемм производится на DIN-рельсу.

2.6 Расчет надежности.

2.6.1Методика расчета.

При испытании партии изделий вероятность исправной работы определяется соотношением:

P(t) ≈ lim_{∆t→0,N0→∞} (N0 – _k=1∑^[t/∆t]n_k)/N0 ≈ N(t)/N0 (1)

где N0 – число изделий в начале испытаний; n_k – число изделий, которые вышли из строя в интервале времени ∆t; t – время, для которого определяется вероятность исправной работы; ∆t_k – принятая продолжительность интервала времени наблюдения; N(t) – число изделий, исправно работающих в интервале [0, t].

Вероятность отказа определяется соотношением:

Q(t) = 1 – P(t) = F(t) (2)

Согласно (2)

Q(t) ≈ _k=1∑^[t/∆t]n_k/N0 (3)

Под временем безотказной работы понимается математическое ожидание времени исправной работы:

Tср = M[T] = ₀∫^∞ t*F’(t)dt (4)

Практически среднее время исправной работы однотипных элементов определяется по формуле:

Tср ≈ _k=1∑^N0 t_k/N0 (5)

где N0 – число изделий, над которыми проводятся испытания; t_k – время исправной работы k-го элемента.

Пусть Т – время непрерывной исправной работы от начала до конца; t – время, в течение которого надо определить вероятность исправности работы изделия P(t). Вероятность того, что за время t произойдет хотя бы один отказ:

Q(t) = F(t) (6)

Вероятность того, что за время t не произойдет отказа:

P(t) = 1 – Q(t) = 1 – F(t), (7)

Q’(t) = dF(t)/dt (8)

Следовательно, среднее время работы есть математическое ожидание случайной величины:

Tср = ₀∫^∞ t*Q’(t)dt (9)

тогда из (7) получаем:

Tср = -₀∫^∞ t*P’(t)dt (10)

Интегрирование по частям:

Tср = -[t*P(t)]₀^∞ + ₀∫^∞ P(t)dt (11)

с учетом –[t*P(t)] ₀^∞ =0, дает выражение:

Tср = ₀∫^∞ P(t)dt (12)

Число элементов, которые будут работать непрерывно к моменту t определяется из (1):

N(t) = N0*P(t) (13)

Число отказавших элементов за интервал ∆t:

n(t) = N(t) – N(t+∆t) = N0*[P(t)-P(t+∆t)]. (14)

Отношение числа отказавших изделий в единицу времени к среднему числу изделий, продолжающих исправно работать, есть интенсивность отказов (ч^-1):

٨(t) = n(t)/[N(t)∆t] (15)

где n(t)-число отказавших элементов в отрезке времени от t-∆t/2 до t+∆t/2; N(t)=0.5(N_k-1 + N_k); N_k-1(t) – число исправных элементов в начале интервала времени ∆t; N_k(t) – число исправно работающих элементов в конце интервала ∆t.

Таким образом, интенсивность отказов показывает, какая часть элементов выходит из строя в единицу времени по отношению к среднему числу исправно работающих элементов.

Подставляя в (15) значение n(t) из (14), получаем выражение интенсивности в следующем виде:

٨(t) = -dP/[P(t)dt] (16)

Интегрируя обе части (16) в интервале от 0 до t, получаем:

₀∫^t ٨(t)dt = -lnP(t)

P(t) = exp[₀∫^t ٨(t)dt] (17)

Если ٨(t)= const, то (17) представляет собой экспоненциальный закон надежности. По этому закону вероятность исправной работы элементов, обладающих интенсивностью отказов ٨, убывает со временем по экспоненциальной кривой. Такую кривую называют функцией надежности.

Подставив значение P(t) в (12), получим:

Tср = ₀∫^t exp[₀∫^t ٨(t)dt]dt

Если ٨(t) равна постоянной величине, то:

Tср = ₀∫^t e^٨t dt = 1/٨ (18)

Тогда (17) принимает вид:

P(t) = e^-٨t (19)

Таким образом, для нормального периода эксплуатации (период характеризуется пониженным уровнем и примерным постоянством интенсивности отказов) интенсивность отказов остается постоянной и справедлив экспоненциальный закон надежности, время безотказной работы имеет экспоненциальный закон распределения.

Формулы для вычисления надежности элемента справедливы, если условия эксплуатации строго определены и соответствуют условиям, в которых получены характеристики ٨ и а.

В общем случае условия эксплуатации определяются комплексом внешних воздействий. Для учета данных воздействий вводятся следующие коэффициенты:

Кр – коэффициент режима для пересчета исходной интенсивности отказов к требуемым режимам применения ЭРИ в аппаратуре.

Кпр - коэффициент приемки отражает уровни качества изготовления изделий. Для изделий с приемкой 5 принято значение Кпр=1.

Кэ - коэффициент эксплуатации показывает во сколько раз условия эксплуатации в требуемой аппаратуре жестче, чем в аппаратуре гр. 1.1. (для этой группы Кпр=1).

Кст – учитывает сложность интегральной схемы и температуры окружающей среды.

Кs1 – определяется отношением рабочего напряжения полупроводникового прибора к максимально-допустимому напряжению по ТУ.

Кд.н – определяется максимально допустимой нагрузкой полупроводникового прибора по мощности рассеяния.

Кс – определяется величиной емкости конденсатора.

Кпс – определяется величиной последовательно включенного с оксидно-полупроводниковым конденсатором активного сопротивления.

Ккк - определяется количеством задействованных контактов соединителя.

Ккс – определяется количеством сочленений – расчленений соединителя в течении всего времени эксплуатации.

Ккорп – определяется типом корпуса

Кv – определяется снижением электрической нагрузки по напряжению

Кф – определяется функциональным назначением прибора

Кr – определяется величиной оммиченского сопротивления

Км – определяется величиной номинальной мощности

Кис – учитывает степень освоенности технологий изготовления.

В общем случае интенсивность отказа элемента определяется по формуле:

٨_э = ٨_б*П_i=1ⁿ K_i

где ٨_э – эксплуатационная интенсивность выхода элемента из строя; ٨_б – исходная интенсивность отказов элементов приведенная к номинальной электрической нагрузке при температуре 25⁰С.