Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Курсовые работы / Контроль твёрдой фазы в жидких дисперсных системах.doc
Скачиваний:
11
Добавлен:
23.02.2014
Размер:
349.7 Кб
Скачать

ВВЕДЕНИЕ

Постоянно возрастающие объемы информации, обрабатываемой в ходе измерения и контроля, строгие временные ограничения на процесс вычислений, требования к безопасности измерения и контроля, надежности и экономичности системы управления заставляют разработчиков аппаратуры искать новые подходы к решению задач управления. Зачастую определяющим фактором в разработке программно-аппаратных сресдств становится их стоимость. В связи с этим разработчик вынужден находить решения, делающие систему наиболее дешевой при сохранении качества и безопасности ее работы. Одним из возможных решений перечисленных проблем является использование интеллектуальных датчиков и управляющих устройств на базе микроконтроллеров совместно с персональным компьютером. Поэтому в моей системе автоматического контроля твердой фазы в жидких дисперсных системах применяется, для обработки информации, персональный компьютер.

1 РАСШИРЕННОЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

Система автоматического контроля твердой фазы в жидких дисперсных системах применяется для контролирования чистоты какой-либо жидкости. Например такая система может применятся на водонапорных станциях, водоочистительных сооружениях. В систему автоматического контроля твердой фазы в жидких дисперсных системах входят: светодиод, который своим излучением света пронизывает контролируемую жидкость; бак в которой находится контролируемая жидкость; датчик, который измеряет количество света прошедшего через жидкость; электродвигатель; персональный компьютер для вычислений измерений и контроля системы.

Контролируемая жидкость, находящаяся в баке облучается светом от источника, то есть светодиода. Датчик помещен в непрозрачный для света цилиндр с окнами. Цилиндр может вращаться и устанавливаться в требуемое положение электродвигателем. Управление электродвигателем осуществляется при помощи микропроцессора, но так как управляющие сигналы с микропроцессора слабые, то необходимо поставить перед двигателем транзисторный усилитель. Измерения, зафиксированные датчиком, обрабатываются в микропроцессоре. Функциональная схема этой системы представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Функциональная схема системы автоматического контроля

твердой фазы в жидких дисперсных системах

Основным параметром системы автоматического контроля твердой фазы в жидких дисперсных системах является время срабатывания, которое должно быть не больше одной секунды. Объем бака не должен превышать больше одного кубического метра, причем высота бака должна быть небольшая. Диапазон температур, в котором может работать эта система, колеблется от 150С до 250С, то есть комнатная температура, отсюда следует, что система должна находится в закрытом обогреваемом помещении.

2 ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ЭЛЕМЕНТОЙ БАЗЫ

ЛОКАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

Шаговый электродвигатель широко применяется в автоматизированных системах. Это, в свою очередь, обусловлено тем, что он по сравнению с другим электроприводом наиболее удачно сочетается с электронно-вычислительными машинами более компактны, надежны и точны. Шаговые двигатели отличаются также устойчивой работой при воздействии неблагоприятных климатических факторов, механических перегрузок и других возмущающих воздействий. Поэтому берем шаговый двигатель ШДА – 7. Его характеристики:

Момент нагрузки, 0,6

Момент инерции, 1500

Частота вращения вала двигателя, шаг/с 220

Мощность двигателя, Вт 140

Масса, кг 1,5

Номинальное напряжение, В 28

Максимальное статическое усилие, Н 70

Габаритные размеры, мм 80х90

Коэффициент вязкого трения 0,2

Постоянная противоЭДС 0,1

Расчет передаточной функции двигателя:

I=3(A)

с

Найдем моментную постоянную двигателя

(1)

Подставляя найденные значения в формулу (1) получим передаточную функцию электродвигателя.

(2)

В качестве источника излучения света в этой системе нужен, какой-нибудь светоизлучающий прибор. Этим прибором может быть мощный светодиод, который должен пробить своим светом через бак со взвесью и попасть в датчик. Таким условиям соответствует светодиод КИПД04А – 1К с параметрами:

Цвет свечения – красный

Сила света, мккд 15000

Прямое падение напряжения на светодиоде, В 2

Номинальный прямой ток, мА 10

Максимум спектрального распределения, мкм 0,7

Максимально-допустимый прямой ток, мА 30

Максимально-допустимое обратное напряжение, В 2

Максимально-допустимая температура корпуса, 0С 70

Передаточная функция светодиода выглядит следующим образом:

Так как источник излучения света в этой системе является светодиод, то необходимо, чтобы датчик воспринимал яркость свечения и мог передать полученные измерения в ЭВМ. В качестве такого датчика можно взять газовый анализатор видимого света, потому что он используется в промышленности, хорошая чувствительность, небольшое время запаздывания, а главное выходной сигнал дискретный. Передаточная функция газового анализатора имеет вид:

Системе нужен бак объемом не больше одного кубического метра, высота должна быть небольшая, а также он должен быть прочным и пропускать видимый свет. Передаточная функция бака имеет вид:

(3)

где Кр– передаточный коэффициент

Тр– постоянная времени

Тр=2h2

где - удельный вес жидкости

h– высота резервуара

Тогда формула (3) примет вид:

Система должна иметь микроконтроллер, осуществляющий сбор, обработку данных и управление шаговым двигателем. Микроконтроллер должен содержать следующие компоненты: центральный восьми разрядный процессор; постоянное запоминающее устройство команд емкостью 4096 байт с электрическим стиранием и записью; оперативное запоминающее устройство данных емкостью 128 байт.

Между микроконтроллером и шаговым двигателем нужен транзисторный усилитель. В этой системе можно взять транзисторный усилитель типа КТ902А с коэффициентом усиления семь. Передаточная функция транзисторного усилителя имеет вид:

3 Расчет датчика обратной связи локальной системы

УПРАВЛЕНИЯ

Конструкция измеряющего яркость свечения светодиода представлен на рисунке 2.

Рисунок 2 - Датчик измеряющий яркость свечения

Он представляет собой цилиндр 3 из материала не пронизывающий видимый свет и не разрушающийся при вибрации, в котором выполнены продольные пазы под газовые анализаторы 1, вставленные в пазы заподлицо с цилиндром. На цилиндр надета поворотная труба 2 из легкого материала. Газовые анализаторы расположены в цилиндре осесимметрично с центральным углом =360/n (n – число счетчиков), и так же симметрично с в трубе 2 сделаны продольные щели 4. Если установлена в показанном на рисунке 3 положении, то на газовые анализаторы свет попадает лишь пройдя щели 4, то есть сигнал N1 будет пропорционален 0,15Iн (Iн – интенсивность свечения). При повороте трубы на угол  щели разместятся против выступов цилиндра и в газовые анализаторы беспрепятственно попадут весь световой поток. Виброустойчивость у датчика достаточная, так как газовые анализаторы вставляются в пазы, которые по конструкции специально сделаны для определенных газовых анализаторов.

Так как датчик зависит от светодиода, то необходимо рассчитать светодиод на протекающий ток в нем.

(4)

где q – заряд, Кл

Ud – напряжение на светодиоде, В

К – коэффициент отражения

Т – температура светодиода, 0С

I0=Ir-Ip (5)

где Ir – общий ток, А

Iр – фототок, А

(6)

где U – напряжение подаваемое на светодиод, В

R – сопротивление светодиода, Ом

(7)

где n – число падающих лучей

х – расстояние от светодиода до датчика, м

 - угол наклона световых лучей, град.

с – скорость света, м/с

h – постоянная планка, Дж

 - длина волны, м

Найдем поток света

Ф=nh (8)

Подставляя формулы (5), (6), (7) и (8) в (4) получим:

Датчик будем рассчитывать на чувствительность.

(9)

где S – чувствительность датчика, А/Вб

Iр – фототок, А

Ф – поток света, Вб

(А/Вб)

Будем рассчитывать электродвигатель на охлаждение, так как он находится под влиянием жидкости, которая охлаждает его своими парами.

В любой момент времени в двигателе имеет место баланс тепловой энергии.

(10)

где cmdQ – часть тепловой энергии, которая накапливается в машине, Дж

КТОSохлdQ – часть тепловой энергии, рассеивающейся в окружающее

пространство, Дж

с – удельная теплоемкость, кг/0С

КТО – коэффициент теплоотдачи с поверхности, м2

Sохл – поверхность охлаждения машины, м2

Q – превышение температуры машины над окружающей средой, 0С

При некотором повышении температуры Q наступает установившийся тепловой процесс. В этом случае cmdQ=0

(11)

Из формулы (11) можно найти установившееся превышение температуры

(12)

С учетом формулы (12) уравнение теплового баланса (10) будет:

(13)

Решая дифференциальное уравнение при условии, что в начальный момент (при t=0) электродвигатель уже имел некоторое превышение температуры Q0 над окружающей средой, получим:

(14)

где Т – постоянная времени нагревания, с

(15)

В нашем случае Q0=0

(16)

Проведенные расчеты показали, что все приборы, по которым производились расчеты, удовлетворяют требованиям системы.

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.