Разработка однофазного мостового выпрямителя (стр. 3 из 4)
е4 – соответствует разрыву силовой цепи ТП на стороне его нагрузки, т.е. х3=0;
е5 – соответствует замене индуктивной нагрузки на ТП на активную, т.е. х4=0;
е6 – соответствует изменению нагрузки на активно-индуктивную нагрузку, т.е. z4=0;
е7 – соответствует короткому замыканию тиристора ТП, т.е. Z1,n-1 = 1;
В приведенной таблице можно заметить неразличимые неисправности е3 и е4. Ряд входных наборов, не выделяющих заданный класс неисправностей можно исключить из рассмотрения. Например наборы 5, 7, 8. Исходя из этого таблица будет иметь следующий вид.
Таблица функций неисправностей силовой части ТП.
| № | Входные сигналы | Z5,n | |||||||
| x1 | x2 | x3 | x4 | x5 | x6 | z4 | |||
| 6 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | |
| 2 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | |
| 3 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | |
| 4 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | |
| № | Неисправности | ||||||||
| е1 | е2 | е3,e4 | е5 | е6 | е7 | ||||
| 6 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | |||
| 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | |||
| 2 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | |||
| 3 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | |||
| 4 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | |||
По данной таблице представляем алгоритм диагностирования ТП. Первым имитируется на входе ТП набор сигналов управления, соответствующий набору №1. При положительном результате проверки, когда при подаче данного набора происходит изменение выходного сигнала Z5,n ТП, неисправности ТП следует искать среди технических состояний е2, е5, е6. При отрицательном результате – среди технических состояний е1, е3, е4, е7.
Второй проверкой технического состояния ТП вне зависимости от результатов первой проверки целесообразно выбрать входной набор сигналов под номером 6. При положительных результатах первой и второй проверок будет однозначно выделена неисправность, соответствующая техническому состоянию е2. При положительном результате второй проверки и отрицательном результате первой выделяется неисправность для технического состояния е7. Следующие этапы проверок включают в себя наборы входных сигналов под номерами 2 и 3 (в соответствии с предыдущими результатами проверок). Итогом применения перечисленных в алгоритме диагностирования наборов входных сигналов ТП является выделение принятых неисправностей (за исключением неисправностей для технических состояний е3, е4).
2. Структурный синтез контроллера
Проанализировав задание курсового проекта, я пришел к выводу, о целесообразности его изготовления на базе микропроцессора.
Контроллер должен опрашивать состояние датчика тока, температуры и др. и, обработав полученную информацию, выдавать сигналы для системы управления, выполнять аварийную остановку привода, а так же выводить на индикаторы информацию о текущем состоянии системы защиты.
Таким образом, в структуру контроллера входят:
1) Управляющий блок (микропроцессор).
2) Блок сбора информации и преобразования ее в вид, пригодный для обработки микропроцессором.
3) Блок связи с исполнительными устройствами, для преобразования выходных сигналов микропроцессора в сигналы управления.
4) Блок контроля исправности состояния процессора и управляющей программы (watchdog timer).
5) Блок индикации входных и выходных сигналов.
В связи с микропроцессорной реализацией контроллера было принято решение использовать современную электронную элементную базу таких известных фирм, как Atmel, Burr-Brown, National Semiconductor, Analog Devices, Bournc и др.
Вся применяемая оптоэлектроника российского производства.
В качестве основы для нашего контроллера был выбран микропроцессор семейства MK-51 от фирмы Atmel – AT89C2051.
Его некоторые особенности — Features:
• Compatible with MCS-51™ Products (Совместимость с семейством МК-51)
• 2K Bytes of In-System Reprogrammable Flash Memory (2 кб встроенной перепрограммируемой Flash памяти)
– Endurance: 1,000 Write/Erase Cycles — (гарантируется 1000 циклов перезаписи)
• Fully Static Operation: 0 Hz to 24 MHz (возможность работы на частотах от 0 до 24 МГц)
• 128 x 8-Bit Internal RAM (128 б ОЗУ)
• 15 Programmable I/O Lines (15 программируемых портов ввода/вывода)
• Two 16-Bit Timer/Counters (Два 16-битных таймера счетчика)
• Six Interrupt Sources (Шесть источников прерываний)
• Programmable Serial Channel (Программируемый последовательный канал)
3. Разработка электрической принципиальной схемы контроллера
3.1 Разработка блока сбора информации
Контроллер должен принимать информацию от термодатчика(терморезистор), датчика скорости(тахогенератор), а также получать информацию о величине тока в нагрузке ТП от датчика тока.
В качестве датчика тока выберем датчик LTS25NP
Uп=5В
IPN=8A
Uout=2.5B
Из передаточной характеристики
определим напряжение на выходе датчика тока при котором будет срабатывать защита:
Исходя из нагрузочной способности тиристоров в ТП выберем максимально допустимый ток в цепи нагрузки Iн=2A
Напряжение на выходе датчика тока будет равно:
U=2.5+(3.125-2.5)·2/8=2.66B
Т.к. в выбранном микропроцессоре нет встроенного АЦП, то для преобразования аналогового сигнала в дискретные величины был применен счетверенный компаратор LM2900.
В связи с конструктивной особенностью датчика тока не требуется дополнительная гальваническая развязка его выходного информационного тока.
На неинвертирующий вход компаратора подается измеряемая величина напряжения, а на инвертирующий – расчетная величина опорного напряжения, при достижении которой значение логического сигнала на выходе компаратора меняется на противоположное.
Для организации высокостабильного опорного напряжения выбрана специализированная микросхема LM4130 фирмы National Semiconductor.
Ее основные характеристики:
Features
- Small SOT23-5 package
- High output voltage accuracy 0.05%
- Low Temperature Coefficient 10 ppm/°C
- Stable with capacitive loads to 100µF
- Full accuracy 40°C to 85°C
- Excellent load and line regulation
- Output current 30 - 60 mA
- Output impedance < 1
- Voltage options: 4.096V
По рекомендации производителя Сin=47 мкФ; Сout=0.1 мкФ.
С выхода данной микросхемы напряжение делится до требуемых значений высокоточными резисторами фирмы Bournc.
Для заданного значения тока:
2А – 2.66В – R1=402 Ом R2=100 Ом;
Для контроля температуры выберем датчик, представляющий из себя терморезистор с понижением сопротивления при нагреве.
При достижении температуры двигателя выше допустимой, сопротивление терморезистора уменьшается настолько, что компаратор переключается и на вход микропроцессора подается сигнал логической "1".
Защита от превышения максимальной скорости выполнена на базе датчика скорости – тахогенератора. С увеличением частоты вращения двигателя постоянное напряжение на тахогенераторе пропорционально растет, пропорционально уменьшаясь на делителе перед компаратором. При достижения заданной пороговой величины происходит переключение выхода компаратора.
3.2 Разработка блока связи с исполнительными устройствами
Для организации возможности аварийного отключения напряжения, подаваемого на вход ТП необходимы специальные развязывающие элементы.
В связи с этим было выбрано твердотельные реле постоянного тока, подходящее по мощности.
Выберем оптореле 5П19А1
Реле средней мощности общего назначения.
Iком=-3…+3А
Iком и=-8…+8А
Uком=400В
Р=1Вт
Т= -45…+85С
Определим величину сопротивления резистора R7:
Зададимся током через опто-реле, для нормального токового согласования с портом микропроцессора Iвх=10мА
R7=(5- Uкэнас)/10·10-3=(5- 0.4)/10·10-3=410Ом
Примем сопротивление резистора R7 (C2-11) равным:
R=430Ом
3.3 Разработка блока контроля исправности состояния процессора и управляющей программы (watchdog timer - WDT)
Системы, построенные на базе микропроцессоров, могут иметь специфические отказы или сбои в работе.
Например, из-за близкой сильной электромагнитной помехи может исказиться часть информации, обрабатываемой микропроцессором в данный момент, что чревато сбоем в алгоритме управляющей программы, а так же зацикливанием работы процессора или его "зависанием". Все это приводит к отказу в работе контроллера.