
3. Подбор элементов и расчет надежности.
Подберём следующие элементы:
- АЦП PCL-818L;
- плата дискретного ввода-вывода PCL-725;
- фотодатчик МикРА Ф2;
- датчики силы АС20 и АВ02.
АЦП PCL-818L.
Основные характеристики
16 аналоговых входов с об
щим проводом или 8 дифференциальных аналоговых входов
12 бит АЦП, базовая точность 0.01%
Программируемый коэффициент усиления по каждому каналу
Автоматическое сканирование входных каналов с использованием DMA
16 дискретных входов и 16 дискретных выходов
Один канал ЦАП: 12 бит
Программируемая схема запуска/счетчик
Драйверы для DOS, Windows (DLL) и Windows 95/98/NT в комплекте
Программная поддержка со стороны пакетов Genie, VisiDAQ, ActiveDAQ, LabVIEW и др
Условия эксплуатации:
Диапазон рабочих температур: 0 ... +50°С
Диапазон температур хранения: -20 ... +65°С
Относительная влажность воздуха: 5 ... 95% без конденсации влаги
Аналоговые входы
Количество каналов: 16 с общим проводом или 8 дифференциальных
Разрешение: 12 бит
Диапазон входного напряжения: управляется программно
Автоматическое ск
анирование каналов
Запуск: программный, от встроенной схемы запуска или внешний
Передача данных: по команде программы, по прерыванию (IRQ2 - IRQ7), по каналу DMA (1-й или 3-й каналы)
Входное сопротивление: 10 МОм
Допустимая перегрузка по входу: ±30 В
Аналоговые выходы
Количество каналов: 1 с двойной буферизацией
Разрешение: 12 бит
Диапазон выходного напряжения с внутренним опорным сигналом: 0 ...+5 В, 0 ...+10 В с внешним опорным сигналом: 0 ...+10 В, 0 ...-10 В
Дискретный ввод/вывод
Количество каналов: 16 входов, 16 выходов (ТТЛ совместимые уровни)
Входное напряжение: логического "0":не более 0.8 В логической "1": не менее +2 В
Потребление по входу: логического "0": не более 0.4 мА логической "1": не более 0.05 мА
Выходное напряжение: логического "0": не более 0.4 В, логической "1": не менее +2.4 В
Нагрузочная способность: логического "0": 8 мА, логической "1": 0.4 мА
Счетчик/таймер (8254)
Синхрогенератор: 32-разрядный с опорной частотой 10 МГц или 1 МГц
Диапазон генерируемых частот: 2.5 МГц ... 0.00023 Гц
Счетчик: один 16-разрядный счетчик с временной базой 100 кГц
Плата дискретного ввода-вывода PCL-725.
Основные характеристики
Порты ввода/вывода: область из 2 портов ввода/вывода в диапазоне 200h ... 3F8h
Внешние соединители: один DB-37 розетка
Размеры: 147х100 мм
Питание: +5 В, 200 мА (макс.); +12 В, 270 мА (макс.)
Диапазон рабочих температур: 0 ... +60°С.
Диапазон температур хранения: -20 ... +70°С
Относительная влажность воздуха: 5 ... 95% без конденсации влаги
Изолированный
дискретный ввод
Количество каналов: 8
Тип оптрона: 4N25
Диапазон входного напряжения: 5 ... 24 В
Входное сопротивление: 560 Ом, 1 Вт
Входное устройство: компаратор напряжения
Пороговое напряжение: 1.5 В (регулируемое)
Напряжение пробоя: 300 В
Релейный выход
Количество каналов: 8
Тип реле: с переключающим контактом
Тип контактов: каналы с 0 по 3 - нормально замкнутые или нормально разомкнутые, каналы с 4 по 7 - только нормально разомкнутые
Нагрузка: переменный ток до 120 В, 0,5 А; постоянный ток до 30 В, 1 А
Напряжение пробоя: не менее 300 В
Время замыкания: 5 мс
Время размыкания: 5 мс
Общее время переключения: 10 мс
Сопротивление изоляции: не менее 100 МОм
Ресурс: не менее 500 000 срабатываний при нагрузке 110 В, 0.3 А (переменный ток) или 24 В, 1.25 А (постоянный ток)
Управляющий сигнал реле: +12 В, ток потребления 33 мА на каждое реле
Фотодатчик МикРА Ф2.
1). Длина волны излучаемого оптического сигнала, нм |
950 |
2). Оптимальное расстояние до объекта, мм |
1 - 10 |
3). Минимальные размеры управляющего объекта не более, мм |
4х8 |
4). Время срабатывания, мс |
2 |
5). Максимально допустимое напряжение эмиттер-коллектор выходного транзистора, В |
40 |
6). Максимальный ток нагрузки, мА |
100 |
7). Напряжение питания постоянного тока, В |
18-27 |
8). Потребляемая мощность не более, Вт |
0,5 |
9) Размер присоединительной резьбы на корпусе |
М17х1 |
10). Габаритные размеры (с гайками) не более, мм |
90х25х25 |
11). Длина кабеля не менее, м |
1,5 |
Датчик
силы АС20.
Емкость |
пФ |
~35 |
Сопротивление изоляции |
МОм |
1 000 |
Диапазон силы |
Н |
-1 000 ...+5 000 |
Частота резонанса |
kГц |
>20 |
Относительная поперечная чувствительность |
% |
<5 |
Операционный температурный диапазон |
°С |
-60 ... +200 |
Чувствительность к температурному изменению |
Н/°С |
<0.05 |
Основная чувствительность напряжения |
Н·м/мм |
<0.05 |
Материал |
Сталь | |
Вес |
гр. |
23 (14) |
Эффективная инерционная масса пъезоэлемента |
гр. |
5 (3) |
Эффективная инерционная масса у основания пъезоэлемента |
гр. |
17 (10) |
Датчик силы АВ02
Фактор увеличения |
|
10±3%*3 |
Входное сопротивление |
МОм |
500 |
Входная емкость |
пФ |
<6 |
Сопротивление выхода |
Ом |
<500 |
Сопротивление груза |
kОм |
>100 |
Диапазон частоты на уровне -3 децибелов (во входной емкости Сin =1000 пФ) |
кГц |
0.5 ...105 |
Среднеквадратичная шумовая ценность напряжения до входа (в Сin=1000 пФ) |
µВ |
<3 |
Макс. операционная ценность напряжения выхода (в нелинейном факторе искажения <10 %) |
В |
±5 |
Отклонение фактора увеличения в пределах температурного диапазона - 40 °С … +125 °С |
% |
4,5 |
Постоянный уровень напряжения выхода |
В |
+9...13 |
Электропитание ток напряжение |
мА В |
2...20 22...30 |
Вес |
гр. |
55 |
Все данные об
элементах, содержащихся в системе,
сведем
в таблицу.
Таблица 1.
№ |
Наименование |
Тип |
Время наработки на отказ, ч. |
1 |
Датчик силы |
АС20 |
5,8·106 |
2 |
Датчик силы |
АВ02 |
2,5·106 |
3 |
АЦП |
PCL-818L |
2,1·105 |
4 |
Плата дискретного ввода вывода |
PCL-725 |
2,5·106 |
5 |
Фотодатчик |
МикРА Ф2 |
1,5·104 |
6 |
Тактовый генератор |
|
2·107 |
7 |
Источник питания (ИВЭП) |
NFS80-7602K |
7·105 |
8 |
Устройство связи |
|
1,5·105 |
9 |
Персональный компьютер |
Pentium III 400 MHz |
5·104 |
Рассчитаем интенсивность отказа каждого элемента.
,
где Т – время наработки на отказ.
Рассчитаем суммарную интенсивность отказа.
Преобразуем данную структурную схему системы в последовательно – параллельную структурную схему:
ИВЭП
ОУ
АС20
ФД
АВ02
АС20
АС20
АС20
УС
АВ02
АВ02
АВ02
ТГ
ПК
PCL-
-725
PCL-
-818L
ИВЭП – источник питания.
ОУ – объект управления.
ФД – фотодатчик МикРА Ф2.
АС20 – датчик силы.
АВ02 – датчик силы.
УС – устройство связи.
ТГ – тактовый генератор.
PCL-725
– плата
дискретного ввода вывода.
PCL-818L – аналого – цифровой преобразователь.
ПК – персональный компьютер.
Из структурной схемы видно, что все элементы включены последовательно, поэтому расчёт вероятности безотказной работы системы производим по формуле:
где
Pа(t)=0,998801*(0,99949)4*0,985112*0,941764*(0,998801)4*0,817912*0,995809*
*0,99985*0,980100=0,7345
Построим график зависимости P(t).
Вывод: Из графика видно, что при P(t) = 0,9 наша система будет работать 1025 часов безотказно.