Глава 2. Разработка модуля шим.
2.1 Техническое задание на разработку.
2.1.1Требования к управляющим сигналам исполнительного механизма ИМ-21АФ.
Управляющие сигналы представляют собой два ШИМ-сигнала (прямой и инверсный) с амплитудой тока не более 500 мА.
Скважность формируемого ШИМ-сигнала должна изменяться в пределах 0-100%.
Скважность выражается формулой
,
где S– скважность,N– байт управления с вычислителя,
2.1.4. Код частоты ШИМ-сигнала задается центральным вычислителем.
2.1.5. Время переходного процесса перехода из «0» в «1» не более 2 мс; из «1» в «0» не более 0,2 мс.
2.1.6. Период обновления информации от вычислителя – 20 мс.
Ограничения по коду:
байт управления Nдолжен обеспечивать скважностьS= 10…90% (для обеспечения требований п. 2.5),
байт, задающий код частоты, должен обеспечивать частоту ШИМ-сигнала, не превышающую 50 Гц.
2.1.2Требования к подсистеме информационного обмена.
Выдача кода управления осуществляется вычислителем по одному из двух каналов: последовательному (RS232) или параллельному (LPT-порт). Устройство управления ШИМ21 должно обеспечивать оба подключения.
Протоколы обмена информацией между устройством управления ШИМ21 и регулятором согласовываются дополнительно.
2.1.3Требования к функциям контроля
Устройство управления ШИМ21 должно обнаруживать обрывы и короткие замыкания цепей управления исполнительного механизма.
Контроль канала обмена.
Отказы ШИМ21 не должны приводить к потере работоспособности центрального вычислителя.
2.1.4Требования к электропитанию
Питание устройства управления должно осуществляться от первичного источника питания напряжением +27±10%.
Для питания своих внутренних схем устройство управления ШИМ21 должно иметь вторичные источники питания с гальванической развязкой от первичного.
Максимальная мощность потребления – не более 15 Вт (с учетом потребления ИМ‑21АФ).
2.1.5Требования к схеме внешних подключений
Длина линии связи не более 30 м.
Подключение линий связи к ШИМ21 должно осуществляться с помощью клеммных колодок (сечение провода определяется током управления).
2.2 Разработка структурной схемы.
2.2.1 Выбор и анализ базиса исполнения модуля.
В качестве центрального вычислителя блока выбран модуль центрального процессора 5066 фирмы OCTAGON SYSTEMS. Для реализации функции ввода-вывода дискретных, частотных сигналов и сигналов термопар выбран программируемый модуль ввода/вывода UNIO96-5.
Краткая характеристика используемых модулей.
Модуль центрального процессора 5066.
процессор 5х86/133 Мгц
операционная система – DOS 6.22 в ПЗУ
флэш-диск со встроенным программатором
файловая система флэш-памяти
до 32,5 Мбайт оперативной памяти
два последовательных порта
многофункциональный параллельный порт
сторожевой таймер
встроенное программное обеспечение самодиагностики
оптоизолированные входы запроса прерывания
питание напряжением 5В
среднее время безотказной работы 13,6 лет.
Модуль сохраняет работоспособность в диапазоне температур от -40 до +700С. Допустимый диапазон значений относительной влажности воздуха от 5 до 95% при 250С без конденсации влаги.
Программируемый модуль дискретного ввода-вывода UNIO 96-5.Предназначен для ввода-вывода 96 сигналов логического уровня (5В, ТТЛ). В молях используются четыре программируемые логические микросхемы (FPGA) и технология In-systemProgrammable(ISP), что позволяет изменять алгоритмы работы модулей непосредственно в системе без выключения питания.
Основные характеристики:
96каналов цифрового/частотного ввода-вывода в произвольной комбинации
обслуживание аналоговых модулей Grayhill серии 73G и 73L без использования ресурсов системы и с возможность формирования прерываний
измерение частоты по любому каналу до 50 МГц
преобразование кодов по любому каналу
напряжение питания 5В
диапазон рабочих температур от -40 до +850С
среднее время наработки на отказ не менее 100 000 часов.
Модуль блока питания 7124.
импульсная защита > 100 В
выходное напряжение 5В, ток 4 А.
напряжение питания от 9 до 36 В
диапазон рабочих температур от -20 до +850С
2.2.2 Структурная схема модуля.
Структурная схема блока приведена на чертеже 8Т1.001.001 Э1. Модули 5066 (А7), UNIO 96-5 (А5,А6) объединены шиной ISA. Ввод частотных сигналов (ШИМ1вна, ШИМ2вна, ШИМ1дижт, ШИМ1дижт) осуществляется с помощью двух плат ШИМ (А1, А3).
Связь между аналоговой частью платы ШИМ осуществляется с помощь микроконтроллера который также установлен на плате.
Микроконтроллер ШИМ получает от вычислителя 8-разрядный цифровой код скважности (SK0…SK7) и преобразует его в широтно-импульсный сигнал управления исполнительным механизмом ИМ21АФ (ШИМ). Частота импульсов ШИМ составляет 50 Гц.
По дополнительному дискретному сигналу FSот вычислителя возможно понижение частоты в 2 раза.
По наличию сигнала WRS от вычислителя осуществляется контроль работы канала связи с платой ШИМ.
По сигналу BLS осуществляется программная блокировка работы платы ШИМ.
От микроконтроллера с платы ШИМ формируется для вычислителя следующие контрольные сообщения:
WORK -импульсный сигнал - признак работы микроконтроллера ШИМ. Сигнал имеет 3 состояния (табл.1).
SW -3-хразрядное слово состояния (STATUSWORD) SW0...SW2. В слове кодируются виды отказов, обнаруживаемых микроконтроллером.
Модуль ввода UNIO96-5 служит для ввода в центральный вычислитель системы сигналов ”WORK”, ”STATUSWORD” и вывода сигналов .
Обмен данными между центральным вычислителем и модулем UNIO96-5 осуществляется посредством шины ISA.
Питание плат ШИМ и силовой части исполнительного механизма осуществляется с помощью БП (А2, А4).
2.3 Разработка платы ШИМ.
2.3.1 Требования к плате ШИМ.
2.3.2 Выбор и анализ базиса исполнения платы ШИМ.
2.3.3 Разработка принципиальной схемы платы ШИМ.
2.3.4 Разработка печатной платы ШИМ. Разработка сборочного чертежа платы ШИМ.
2.3.5 Разработка программного обеспечения модуля ШИМ.
2.3.6 Расчет надежности платы ШИМ.
2.4 Реализация модуля ШИМ.
2.4.1 Разработка принципиальной схемы модуля.
2.4.2 Разработка схемы соединений модуля.
2.5 Разработка конструкции модуля ШИМ.
2.5.1 Требования к конструктивному исполнению модуля.
2.5.2 Разработка сборочного и габаритного чертежей модуля.
2.6 Расчет надежности модуля.