Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки, Молодежи и спорта Украины

Донецкий национальный технический университет

Кафедра ГЭА

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Тема: Cкребковый конвейер

по дисциплине: Технические средства автоматизации в горной промышленности

Выполнил

Зоненко Н.С.

Донецк, 2012 г.

ВВЕДЕНИЕ

Скребковые конвейеры (СК) являются основным средством доставки горной массы из очистных и подготовительных забоев шахт. В отдельных случаях их применяют в штреках конвейеризированных участков для подачи горной массы на другие средства транспорта. От надежности работы скребкового конвейера зависит производительность всего участка.

В связи с современными тенденциями внедрения энерго- и ресурсосберегающих технологий, в электроприводах переменного тока, где условия технологического процесса не требуют глубокого регулирования скорости, основным направлением стало переход от приводов с контактным управлением к системам, оснащённым устройствами плавного пуска на основе преобразователей напряжения. Потому актуальность выбранной темы очевидна.

Целью данной работы является разработка блока управления силовыми ключами для аппарата плавного запуска привода скребкового конвейера и разработка решений по его улучшению.

1 СЖАТАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА СКРЕБКОВЫЙ КОНВЕЙЕР КАК ОБЪЕКТ АВТОМАТИЗАЦИИ

Скребковый конвейер представляет собой конструкцию, приведенную на рисунке 1. Оснащается СК приводными блоками в количестве до четырех. Наиболее распространен привод СК, состоящий из двух приводных блоков с АД мощностью по 55 кВт или 110 кВт, передающих вращающий момент на один приводной вал конвейера.

Рисунок 1. - Скребковый конвейер:

1,2 - головная и концевая приводные станции;

3 - головная переходная секция;

4 - линейный рештак;

5 - отклоняющий блок;

6 - зачистной лемех;

7 - трубчатая направляющая для комбайна;

8 - линейный борт;

9 - борт кабелеукладчика;

10-кронштейн для электро- и гидро- коммуникаций;

11- кронштейн для светильника.

Эксплуатация забойного СК предусматривает следующие режимы его работы:

1) транспортирование угля из очистного забоя;

2) доставка вспомогательных и крепёжных материалов в очистной забой;

3) ремонтно-наладочные операции.

Транспортирование угля - это основной режим работы СК. Он требует создания больших тяговых усилий и обеспечения высокой производительности. Данный режим наиболее энергоёмкий, он осуществляется при работе всех приводных блоков и высокой скорости движения рабочего органа (0,8-1,2 м/с). Сдерживающими факторами увеличения скорости являются: интенсивный износ рабочих органов, значительные динамические нагрузки, опасность возгорания угля и др.

Достоинства скребковых конвейеров: высокая прочность и способность выдерживать большие ударные нагрузки, небольшая высота става, простота удлинения и укорачивания става, возможность работы по трассе с искривлениями в вертикальной и горизонтальной плоскостях при сложной гипсометрии почвы, возможность пуска и работы со значительными перегрузками (в условиях завала).

Недостатки скребковых конвейеров: интенсивный износ става и тягового органа, высокая энергоёмкость транспортирования, измельчение перемещаемого груза.

Доставка вспомогательных материалов не требует больших энергетических затрат и может осуществляться при меньшем числе работающих приводных блоков, в большинстве случаев данный режим требует реверсирования привода. Для обеспечения безопасности и удобства разгрузки конвейера в ограниченном пространстве доставку вспомогательных материалов целесообразно осуществлять на пониженной скорости. Согласно требованиям института МакНИИ, доставочная скорость не должна превышать 50% от рабочей скорости.

Ремонтно-наладочные операции характеризуются частыми пусками и реверсированиями привода и требуют управления конвейером в ручном режиме на пониженной скорости.

Режим работы конвейера и его привода характеризуется:

- сравнительно тяжелыми условиями пуска (пуск конвейера под нагрузкой, вследствие наличия груза на ставе после аварийной остановки конвейера);

- продолжительной работой в течение значительного промежутка времени;

- неравномерностью нагрузки. Из-за передвижного характера работы очистной машины - загрузка на забойный конвейер осуществляется не в одной точке, а с постоянным изменением положения места загрузки вдоль конвейера.

Рисунок 2. - Осциллограммы запуска АД при застопоренном роторе:

При пуске на заторможенный вал динамический крутящий момент достигает максимального значения (6,6Мном) - номинального значения для этих электродвигателей. Пульсации динамического момента электродвигателя как при пуске вхолостую, так и при застопоренном тяговом органе вызывают значительные динамические усилия в трансмиссии, тяговом органе.

Таким образом, к работе скребковых конвейеров предъявляются жесткие требования, одним из которых является обеспечение пуска конвейера под нагрузкой при ограничении динамической составляющей растягивающего усилия на допустимом уровне.

Система автоматического управления электроприводом забойного скребкового конвейера должна обеспечивать:

- раздельное включение верхней и нижней приводных станций;

- подачу по всей длине конвейера автоматического предупредительного сигнала перед пуском;

- повышенный пусковой момент;

- формирование следующей тахо- граммы пуска конвейера: на первом этапе плавно увеличить скорость привода до уровня «ползучей» скорости. На этом этапе выбираются зазоры в передаче, и натяжение рабочей ветви тяговой цепи. На втором этапе поддерживается уровень «ползучей» скорости привода конвейера. Величина этой скорости должна обеспечить возможность беспрепятственного схода человека со става конвейера («ползучая» скорость не должна превышать 0.3 м/с). Продолжительность работы привода конвейера на ступени «ползучей» скорости должна быть достаточной для схода человека со става конвейера (5-7 с). Далее, на третьем этапе, производится плавный разгон до номинальной скорости;

- ограничение времени удержания усилия при неуспешном запуске (6 - 8 секунд) для предотвращения перегрева электроприводов;

- автоматическую расштыбовку конвейера;

- отключение конвейера с пульта комбайна, с пультов, установленных в лаве (через 10 м) и у его приводных станций;

- автоматическое отключение конвейера при обрыве тяговой цепи;

- автоматическую защиту приводов и тяговой цепи конвейера от динамических перегрузок при заклинивании цепи;

- возможность получения специальной доставочной скорости;

- ограничение усилия конвейера на уровне половины от номинального усилия при работе с доставочной скоростью.

1.1 Плавный пуск электродвигателя

Устройство для плавного пуска электродвигателя представляет собой электронный прибор, снижающий напряжение и соответственно пусковой ток путём фазового управления. Электронный прибор содержит регулировочный блок, где настраиваются различные эксплуатационные и защитные параметры, и силовой блок с встречно-параллельно включенными тиристорами.

С его помощью пусковой ток ограничивают, как правило, величиной, в 2-3 раза превышающей номинальный ток.

Наличие значительного момента инерции в процессе пуска может привести к увеличению теплообразования в электродвигателе и ,тем самым , к снижению его срока службы.

Поэтому рекомендуется заменять схемы пуска “звезда-треугольник” на плавные электронные пускатели. При плавном пуске электродвигателя, силовой блок обеспечивает подачу тока несинусоидальной формы и создаёт высшие гармоники.

В связи с очень коротким временем ускорения/торможения с практической точки зрения это не имеет продолжительного отрицательного влияния на питающую сеть. Однако может вносить помех в работу контроллеров.

Для исключения влияния помех желательна установка противопомеховых фильтров на входе устройства плавного пуска.

Устройство плавного пуска рекомендуется устанавливать вместе с обходным контактором, чтобы электродвигатель в процессе эксплуатации работал в режиме прямого присоединения к питающей сети. Тем самым обеспечивается минимальный износ и потеря мощности в устройстве для плавного пуска.

Что может устройство плавного пуска (УПП)?

Среднее по функциональности устройство плавного пуска (УПП).

Позволяет решать следующие задачи:

- Ограничить пусковой ток (в большинстве случаев на уровне 3-4,5 Iном) и посадки сетевого напряжения питания в зависимости от мощности силового трансформатора и характеристик подводящих шин питания;

- Оптимизировать пусковой м тормозной моменты для безударных разгонов и остановок приводных механизмов ,продлить срок использования подшипников, зубьев колёс редукторов, ремней и других деталей машин;

- Аварийно защитить питающую сеть от токовых перегрузок, заклинивания вала.

Подавляющее большинство горных машин угольных шахт работают в тяжелых высоконагруженных режимах и оснащены при этом нерегулируемыми электроприводами на основе взрывозащищенных асинхронных электродвигателей. Это обусловливает повышенный износ их элементов из-за высоких динамических нагрузок, рывков, больших пусковых токов, возникающих в основном в начальный момент при пуске. Кроме того, быстрый разгон машин зачастую является причиной повышенного травматизма обслуживающего персонала. Особенно остро стоит эта проблема при управлении конвейерами ,в которых прямой пуск является причиной порыва цепи или дорогостоящей ленты, а соответственно - простоя и потери добычи угля.

Применяемые методы снижения динамических нагрузок при помощи турбомуфт, электромагнитных муфт и двухскоростных электродвигателей обладают рядом известных недостатков и не обеспечивают в полной мере надежную и эффективную защиту машин, поскольку :прямой пуск с турбомуфтой характеризуется низкой надежностью и высокой трудоемкостью обслуживания, и при этом не решается проблема динамических ударов в конвейерном ставе и больших механических нагрузок на ленту; пуск асинхронного двигателя при переходе с одной скорости на другую по схеме «звезда-треугольник» или с переключением его независимых обмоток статора вызывает большие пики пусковых тока и момента при переключениях, из-за чего возникают механические перегрузки, которые часто приводят к повреждениям оборудования.

Наиболее эффективным способом пуска и управления приводами, исключающим перечисленные выше недостатки, является применение преобразователей частоты. Однако высокая стоимость и сложность обслуживания, а также проблемы охлаждения препятствуют их широкому распространению в условиях шахт.

Поэтому создание эффективного и недорогого современного устройства плавного пуска является актуальной задачей.

1.2 Анализ состояния вопроса

Взрывозащищенные устройства плавного пуска конвейеров выпускаются рядом зарубежных фирм, среди которых ведущее положение занимают такие фирмы, как «Hansen & Reinders», «Elgor & Hansen», «Hamacher» и другие. Отечественной промышленностью выпускается два аппарата плавного пуска типа АПМ-200 и УКТВ-400(«Макеевский завод шахтной автоматики»).

Отличительной особенностью зарубежных устройств является то, что они представлены в виде комплектных устройств в больших корпусах и для отечественных потребителей слишком дорогостоящи. Отечественные устройства выполнены на старой элементной базе, сложны и обладают как низкой надежностью, так и недостаточно эффективными функциональными возможностями.

Аппарат АПМ предназначен для плавного пуска серийных и разрабатываемых однодвигательных ленточных конвейеров и канатно-кресельных дорог, оснащенных асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором, а также для плавного динамического торможения электропривода ленточного конвейера после его отключения.

Электрическая схема аппарата обеспечивает:

- плавный пуск рабочего органа конвейера за заданной программой;

- изменение продолжительности разгонки конвейера;

- динамическое торможение электропривода после его отключения;

- изменение тормозного момента;

- реверс электропривода с помощью разъединителя магнитного пускателя;

- защита силовых тиристоров аппарата от перегрева, от токов короткого замыкания, от потери управления силовыми тиристорами при исчезновении импульсов управления, в одном или нескольких каналах, от потери фазы входного напряжения;

- индикацию о включенном (выключенном) состоянии аппарата и о срабатывании защиты.

Аппарат оборудован контактором, который шунтирует силовые тиристоры после завершения плавного пуска рабочего органа конвейера. При необходимости им можно осуществить прямой пуск электродвигателя.

Стоимость аппарата АПМ значительно уступает стоимости аналогичных заграничных устройств, которые вместе с его функциональностью делает аппарат АПМ особенно привлекательным для отечественных потребителей.

Аппарат выполнен в взрывозащищенной оболочке. Основой аппарата есть трехфазный регулятор, что состоит из шести одно операционных тиристоров.

Седьмой тиристор обеспечивает роботу приводного АД в режиме индукционно-динамического торможение.

Тиристоры размещены на внутренней поверхности крышки взрывозащищенной оболочки, которые обеспечивают отток тепла во внешнюю среду.

В основном отсеке расположенный контактор КМ, который шунтирует тиристоры после завершения разгона двигателя.

Кроме этого в основном отсеке установлены блоки выходных трансформаторов (БВТ) для обеспечения гальванической развязки, автоматического управления (БАУ), импульсно-фазового управление (БИФУ) для формирования импульсов отпирание тиристоров, динамического торможение (БДТ), защиты аппарата (БЗА) для защиты аппарата от аварийных режимов работы, синхронизации (БС) для синхронной работы БИФУ, индикации (БИ), питание (БП) для питание блоков аппарата, а также датчики тока, температуры.

Рисунок 3. - Структурная схема аппарата АПМ:

Таким образом, существующие устройства для плавного запуска асинхронных двигателей используют фазовый принцип регулирования исходного напряжения - за счет формирования заданных углов б управление тиристорами.

При этом отключение силовых ключей естественное - при снижении тока к нулю.

Это разрешает использовать относительно недорогие одно операционные тиристоры, которые характеризуются высокими энергетическими показателями.

Вместе с очевидными преимуществами (надежность, отсутствие устройств искусственной коммутации) подобная система имеет важные недостатки, которые касаются качества исходных параметров, влияния на питательную сеть и энергетические показатели привода.

Рисунок 4. - Структурная схема устройства плавного пуска:

ДТ - датчик тока; БКЗ - блок комплексной защиты;

МБУ - микропроцессорный блок управления;

ТП - переключатель;

КМ - вакуумный контактор;

М - асинхронный двигатель.

1.3 Функции к устройству, которое разрабатывается

- управление в автоматическом режиме;

- использование сигнализации не предвидится;

- наличие блока питания;

- информация от блока человеку не подается;

- подача сигналов тиристору;

Технические требования к разрабатываемому устройству:

- надёжность, компактность, ремонтопригодность, современная элементная база.

2. СУЩЕСТВУЮЩИЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ ПЛАВНОГО ПУСКА СК

Применение нерегулируемого по скорости асинхронного двигателя в качестве привода скребкового конвейера сопряжено с повышенными динамическими усилиями в тяговом органе, высоким уровнем ускорений в периоды пуска. Интенсивный разгон тягового органа скребкового конвейера становится причиной травматизма обслуживающего персонала. Поэтому в приводах с асинхронными короткозамкнутыми двигателями для обеспечения плавности пуска и защиты цепи скребкового конвейера в настоящее время существуют следующие технические решения:

- использование соединительных муфт различного типа;

- применение автоматизированного электропривода на основе двигателя постоянного тока;

- применение преобразователей частоты;

- применение пусковых устройств на основе коммутаторов.

Среди муфт преимущественное распространение получили гидродинамические муфты. Достоинствами таких муфт являются относительная простота конструкции; отсутствие трущихся пар и, вследствие этого, минимальный износ основных деталей; обеспечение плавного пуска машин, обладающих большими моментами инерции.

Процесс эксплуатации электропривода с гидромуфтами выявил ряд их существенных недостатков: большая инерционность; низкая надежность и эффективность действия; гидромуфта защищает от перегрузок только двигатель; повышенная пожарная опасность (в связи с применением минеральных масел, воспламеняющихся при температуре 165-170°С); сложность управления; нестабильность характеристик в связи с нагревом и протеканием масла через уплотнения.

В качестве альтернативного возможен пуск конвейера с использованием электропривода на основе электромагнитной муфты скольжения (ЭМС). Важнейшая функция ЭМС - регулирование скорости вала рабочего органа при постоянной скорости вращения вала электродвигателя Основу ЭМС составляет индуктор, находящийся в зазоре магнитного провода с обмоткой возбуждения (ОВ). На рисунке 5 показана принципиальная схема с ЭМС, которая устанавливается между электродвигателем и рабочим механизмом. На схеме обозначены: 1 - электродвигатель; 2 - ЭМС; 3 - барабан (звездочка); 4 - управляемый выпрямитель; 5 - система управления выпрямителем.

Рисунок 5. - Принципиальная схема электропривода с электромагнитной муфтой скольжения:

Рисунок 6. - Механические характеристики ЭМС:

При отсутствии тока в обмотке возбуждения индуктор неподвижен, а вместе с ним остается неподвижным и барабан конвейера. При увеличении тока в обмотке возбуждения увеличивается магнитный поток, который наводит в якоре ЭДС, создающую ток. Последний в свою очередь создает магнитный поток, взаимодействующий с магнитным потоком индуктора и вызывающий вращение ведомого вала (индуктора). Величина вращающего момента зависит от частоты вращения индуктора и от значения тока возбуждения. ЭМС имеет определенные преимущества: ею осуществляется более глубокое регулирование скорости, а также лучшая защита от динамических перегрузок конвейера. Основными недостатками ЭМС является ее относительная дороговизна, сложность изготовления, низкий КПД. В настоящее время серийно привод скребкового конвейера с ЭМС в Украине не выпускается.

Применение двигателя постоянного тока последовательного возбуждения дает возможность регулирования скорости движения тягового органа в широком диапазоне, уменьшение динамических нагрузок, исключение из состава привода гидромуфт. Регулирование частоты вращения ДПТ осуществляется посредством управляемого выпрямителя. Недостатки этого привода: низкая надежность, высокая стоимость, сложность применения в шахтной взрывоопасной атмосфере из-за наличия коллекторного узла.

Эффективными регулирующими способностями обладают преобразователи частоты (ПЧ). Частота вращения ротора двигателя регулируется изменением частоты питающего напряжения.

Применение преобразователей частоты дает экономию электроэнергии до 25-30% за счет оптимизации скорости вращения рабочих механизмов и снижения пусковых токов асинхронных двигателей, задания темпов разгона и торможения, бесконтактного реверса двигателя, позволяет значительно уменьшить динамические нагрузки на цепь. Дополнительный выигрыш образуется за счет увеличения межремонтного периода электродвигателей, которые при применении преобразователей работают в облегченном режиме. Однако высокая сложность, стоимость, крупные габариты затрудняют выполнение преобразователя частоты в рудничной взрывобезопасной оболочке. Большое количество силовых полупроводниковых приборов усложняет решение вопросов их эффективного охлаждения.

Широкими функциональными возможностями отличаются мало вентильные силовые коммутаторы (СТК). Выбор наиболее приемлемой схемы СТК для электропривода подземного скребкового конвейера определяется ее функциональными возможностями и технико-экономическими показателями. Основу СТК составляет силовой вентильный узел (СВУ), содержащий встречно-параллельно соединенную (ТТ) или диодно-тиристорную (ДТ) пару. СТК бывают нереверсивные (2ТТ, ЗТТ, 3ДТ) и реверсивные (4ТТ, 5ТТ) (рисунок 7).

Рисунок 7. - Схемы силовых тиристорных коммутаторов:

В зависимости от способа регулирования СТК реализует режимы фазового и импульсного регулирования величины выходного напряжения, позволяет формировать тормозные режимы электропривода.

Для обеспечения индукционно-динамического торможения привода нереверсивный СТК содержит дополнительный шунтирующий тиристор.

Таким образом, принимаем следующее направление автоматизации технологического процесса: Разработка блока управления силовыми ключами для аппарата плавного пуска скребкового конвейера - это важная задача и в настоящее время она имеет ряд недостатков. В данной работе я буду пытаться устранить эти недостатки.

3. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ, ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СХЕМ УСТРОЙСТВА

3.1 РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ

На основании предыдущих разделов может быть составлена структурная схема проектируемого устройства. Структурная схема приведена на рис. 3.1.

Рис. 3.1 - Структурная схема БИФУ:

В схеме приняты следующие обозначения:

МУ - масштабирующее устройство;

АЦП - аналого-цифровой преобразователь;

МК - микроконтроллер;

ВУ - выходной усилитель.

Работа структурной схемы устройства заключается в следующем:

От блока автоматического управления постоянное напряжение Uоп поступает на масштабирующее устройство, где происходит усиление входного сигнала. Uоп, может меняться от 0…12 В; (определяет ширину подаваемых импульсов). От трёхфазного трансформатора переменное напряжение Uа, Ub, Uc также поступает на масштабирующее устройство. Входные сигналы-сигналы синхронизации: Uа, Ub, Uc(переменное напряжение 5В), представляет собой внешние сигналы 50Гц .После прохода через масштабирующее устройство сигналы идут на АЦП. Аналого-цифровой преобразователь, преобразует входной аналоговый сигнал в дискретный код (цифровой сигнал). Далее сигналы поступают на микроконтроллер. МК-микросхема, предназначенная для управления электронными устройствами. МК собирает информацию, обрабатывает её и подает на выходной усилитель, где происходит усиление сигнала. Из ВУ сигналы Uvs1…6-однополярные импульсы амплитудой 0…10 В; f=50 Гц;f н=2 кГц; подаются на силовую схему(тиристоры).

3.2 РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ

На основании структурной схемы может быть разработана функциональная схема проектируемого устройства. В функциональной схеме уже необходимо привязаться к конкретным схемным решениям блоков структурной схемы. Функциональная схема приведена на рис. 3.2.

Рис. 3.2 - Функциональная схема БИФУ:

Работа функциональной схемы заключается в следующем:

Данный датчик используется как базовый, очевидно что он может не полностью соответствовать требуемому диапазону контролируемых скоростей. Выходные величины Uа,Uв,Uс от трёхфазного трансформатора поступают на МУ, которые состоят из делителей напряжения. А от блока автоматического управления величина Uоп поступает тоже на МУ, которое состоит из операционного усилителя. После МУ сигналы поступают на АЦП. Там происходит преобразование входного аналогового сигнала в дискретный код. Далее эти сигналы поступают на микроконтроллер. МК собирает информацию, обрабатывает её и подает на выходной усилитель, где происходит усиление сигнала. В качестве ВУ можно применить транзисторный ключ. Далее сигналы с ВУ подаются на силовую схему (тиристоры).

3.3 РАЗРАБОТКА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СХЕМ

Описание алгоритма работы устройства производится графиками функций.

1 - Определение моментов перехода через 0.

Напряжение синхронизации Uа,Uв,Uс.

2 - Аналогово-цифровой преобразователь Uоп.

3 - Формирование задержек выходных сигналов, пропорционально Uоп.

4 - Заполнение получ. НЧ амплитудой .ВЧ пакетом.

4. РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ УСТРОЙСТВА

Разработка принципиальной технической схемы выполняется на схемотехническом этапе проектирования, она синтезируется со структурной схемы проектирования. Ведется расчет блоков и элементов, а потом с полной номенклатурой изображается принципиальная схема (4.1).

БИФУ преобразует синусное напряжение сети в серию прямоугольных импульсов идущих на управляющие электроды силовых тиристоров.

4.1 ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА УСТРОЙСТВА

Рис. 4.1:

4.2 РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

Производим расчёт делителя напряжения:

Задаёмся R1=1КОм. и током I=10мА.

Мощность рассеивания резистора R1:

Принимаем по ГОСТ сопротивление R1.

Находим сопротивление R2:

Мощность рассеивания резистора R2:

Принимаем по ГОСТ сопротивление R2.

Расчёт инвертирующего ОУ:

Представляем для расчётов в виде:

Задаёмся Iвх=1мА;

Uвх=12В;

R7=

Мощность рассеивания резистора R7:

Принимаем по ГОСТ сопротивление R7.

Задаёмся R8=1Ком:

Принимаем по ГОСТ сопротивление R8.

По электрическим параметрам принимаем усилитель типа: КР140УД6.

Его параметры:

Работа от двух источников:

+/-5...

+/-18 вольт.

Малый ток потребления: не более 4 мА.

1 МГц частота единичного усиления.

2 В/мкс скорость нарастания.

Входной ток не более 100 нА.

Смещение нуля не более 10 мВ.

Температурный дрейф смещения нуля не более 20 мкВ/°С.

Широкий диапазон допустимых синфазных напряжений: +/-15 В.

Дифференциальный коэффициент усиления не менее 30 000.

Внутренняя частотная коррекция.

Зарубежный аналог - МС1456.

Изготавливается в 8-выводных 2101.8-1 (КР140УД608) и 301.8-1 корпусах.

Расчёт блока питания

С =

С

С

Принимаем по ГОСТу С1.

С=ЭТН-40мкФ*100В. Диодный мост принимаем DB157.

Если мощность не превышает 5 Вт ,а ток не более 1А,то для данного устройства подходит интегральный стабилизатор L7805 и L7905.

Получение двух полярного напряжения при помощи микросхем 7805

Для питания операционных усилителей нередко требуется получить двух полярное напряжение +5 и -5В. Если имеется однополярное напряжение 12В, а ток нагрузки не велик, то можно применить простую схему получения средней точки на двух стабилизаторах 7805.

Для нормальной работы схемы нужно, чтобы ток источника отрицательного напряжения был на 10-20% больше тока источника положительного напряжения I1. Для этого в ней предусмотрен балластный резистор R1.

Если резистор R1 отсутствует и нагрузка к источнику отрицательного напряжения не подключена, то ток I1 потечет через выход DA2 по ее внутренним цепям на клемму - 12В. Протекание тока в направлении противоположном нормальному полностью нарушит работу DA2 и может вывести ее из строя. Электрические параметры:



Рассчитываем выходной усилитель

Определяем тип транзистора:

VT (n-p-n-переход), если:

Uкэобр>30 В;

Iкmax>0,4 А;

Выбираем КТС613 В;

Iкmax=0,4 А;

Uкэобр=30 В;

Uбэ=0,6 В;

Iвх задаёмся 200 мА.

Uвх=5 В.

.

Мощность рассеивания резистора R1:

Принимаем по ГОСТ сопротивление R.

4.3 ВЫБОР МИКРОКОНТРОЛЛЕРА

Для решения поставленной задачи принимается микроконтроллер ATmega8 фирмы Atmel.

Отличительные особенности:

1) 8-разрядный высокопроизводительный AVR микроконтроллер с малым - потреблением.

2) Прогрессивная RISC архитектура.

- 130 высокопроизводительных команд, большинство команд выполняется за один тактовый цикл.

- 32 8-разрядных рабочих регистра общего назначения.

Полностью статическая работа:

- Приближающаяся к 16 MIPS (при тактовой частоте 16 МГц) производительность.

- Встроенный 2-цикловый множитель.

3) Энергонезависимая память программ и данных.

- 8 Кбайт внутри системно программируемой Flash памяти (In-System Self-Programmable Flash).

- Обеспечивает 1000 циклов стирания/записи.

- Дополнительный сектор загрузочных кодов с независимыми битами блокировки.

- Обеспечен режим одновременного чтения/записи (Read-While-Write) 512 байт EEPROM.

- Обеспечивает 100000 циклов стирания/записи.

- 1 Кбайт встроенной SRAM.

- Программируемая блокировка, обеспечивающая защиту программных средств пользователя.

4) Встроенная периферия:

- Два 8-разрядных таймера/счетчика с отдельным предварительным делителем, один с режимом сравнения.

- Один 16-разрядный таймер/счетчик с отдельным предварительным делителем и режимами захвата и сравнения.

- Счетчик реального времени с отдельным генератором.

- Три канала PWM.

- 8-канальный аналого-цифровой преобразователь (в корпусах TQFP и MLF).

- 6 каналов с 10-разрядной точность.

- 2 канала с 8-разрядной точность.

- 6-канальный аналого-цифровой преобразователь (в корпусе PDIP).

- 4 канала с 10-разрядной точностью.

- 2 канала с 8-разрядной точностью

- Байт-ориентированный 2-проводный последовательный интерфейс:

- Программируемый последовательный USART.

- Последовательный интерфейс SPI (ведущий/ведомый).

- Программируемый сторожевой таймер с отдельным встроенным генератором.

- Встроенный аналоговый компаратор

5) Специальные микроконтроллерные функции:

Сброс по подаче питания и программируемый детектор кратковременного снижения напряжения питания.

Встроенный калиброванный RC-генератор.

Внутренние и внешние источники прерываний.

Пять режимов пониженного потребления: Idle, Power-save, Power-down, Standby и снижения шумов ADC.

6) Выводы I/O и корпуса:

- 23 программируемые линии ввода/вывода.

- 28-выводной корпус PDIP,

- 32-выводной корпус TQFP;

- 32-выводной корпус MLF.

7) Рабочие напряжения:

- 2,7 - 5,5 В (ATmega8L).

-4,5 - 5,5 В (ATmega8).

8) Рабочая частота:

- 0 - 8 МГц (ATmega8L).

- 0 - 16 МГц (ATmega8).

Рисунок 4.3 - Вывода микроконтроллера:

Описание выводов: 23 порта ввода/вывода, объединенных в 3 группы:

Порт В (PB0 - РВ7):

Два вывода (РВ6 и PB7) используются для подключения кварцевого резонатора. Выводы РВ2 - РВ5 зарезервированы для внутрисхемного программирования. Таким образом, для общего применения остаются порты PB0 и PB1.

Порт С (PC0 - РС6: 7 выводов):

Порты PC0 - РС5 можно использовать в качестве аналоговых входов. РС6 обычно используется для сброса.

Порт D (PD0 - PD7: 8 выводов):

Эти порты можно использовать для общего применения.

VCC - Вход напряжение питания от +4.5 до +5.5 В.

GND - Вход - Общий (земля).

AVcc - Вход - напряжение питания + 5 В для модуля АЦП.

ARef - Вход - вход опорного напряжения для АЦП.

5. КОНСТРУКТИВНАЯ РАЗРАБОТКА УСТРОЙСТВА

5.1 Технологические методы изготовления печатных плат

Печатные платы в настоящее время получили самое широкое распространение. Их применение обеспечивает идентичность электрических параметров - от образца к образцу, замену значительной части ручных монтажных операций машинными, допускающими использование полуавтоматических и автоматических установок, поточных линий и автоматизированных средств контроля, что делает их экономически и технически целесообразными. С точки зрения конструктивных преимуществ печатных плат позволяет улучшить такие параметры, как плотность монтажа и масса.

В настоящее время выпускается несколько типов печатных плат, имеющих различные конструктивные особенности: односторонние (ОПП), двухсторонние (ДПП) и многослойные печатные платы (МПП), гибкие печатные платы (ГПП), гибко - жесткие печатные платы (ГЖПП), гибкие печатные кабели (ГПК) и шлейфы (ГПШ).

Технологические методы изготовления печатных плат, базируются на двух направлениях получения проводящего материала платы: субтрактивный, вычитание или избирательное удаление проводящего материала на фольгированном диэлектрике; аддитивный, прибавление или избирательное нанесение проводящего материала на чистый диэлектрик.

В соответствии с этим для изготовления ОПП и ДПП наиболее широкое распространение получили три метода изготовления печатных плат: химический, электрохимический, или полу аддитивный, комбинированный позитивный.

Химический негативный метод широко применяется не только в производстве ОПП, но и для изготовления слоев МПП, а также ГПК, ГПШ и т.д. Основным преимуществом химического метода является простота и малая длительность технологического цикла, что облегчает автоматизацию, а недостатком - отсутствие металлизированных соединений между сторонами платы.

Электрохимический, или полу аддитивный, метод дороже, требует большего количества специализированного технического оборудования, менее надежен, но необходим для ДПП с повышенной плотностью монтажа.

Комбинированный позитивный метод основан на химическом и электрохимическом методах и является основным при изготовлении двусторонних печатных плат.

Чертежи печатных плат выполняются на бумаге, имеющей координатную сетку, нанесенную с определенным шагом. Наличие сетки позволяет не ставить на чертеже размеры на все элементы печатного проводника.

По сетке можно воспроизвести рисунок печатной платы при изготовлении фото оригиналов, с которых изготовляются шаблоны (например, фото негативы) для нанесения рисунка платы на заготовку. Координатную сетку наносят на чертеж с шагом 2,5; 1,25; 0,625 мм.

Центры монтажн6ых, переходных и крепежных отверстий должны располагаться в узлах координатной сетки, причем центры отверстий под не формируемые выводы многовыводных навесных элементов, расстояния между которыми не кратны шагу координатной сетки, располагают таким образом, чтобы в узле сетки находился центр одного из отверстий, а центры отверстий под остальные выводы располагались согласно конструкции элемента. Максимальные отклонения расстояний между центрами отверстий не должны быть более +-0,2 мм для плат 1 - го класса, +-0,1 мм для плат 2 - го и 3 - го классов.

Диаметр металлизированных и не металлизированных отверстий в печатной плате должен быть больше диаметра вставляемого в него вывода, что обеспечивает возможность свободной установки электро- радиоэлемента и протекание припоя на всю глубину металлизированного отверстия. Диаметры монтажных и переходных металлизированных и не металлизированных отверстий выбирают в соответствии табл.5.1. Монтажные отверстия для плоских выводов следует выбирать, как и для круглых, образуемых диаметром окружности, описанной вокруг сечения вывода.

Таблица 5.1 - Диаметры монтажных отверстий:

Номинальный диаметр	Максимальный диаметр вывода навесного элемента
Монтажного не металлизированного отверстия	Монтажного и переходного металлизированного отверстия с учетом металлизации
0,5 0,7 0,9 1,1 1,6 2,1	0,4 0,6 0,8 1,0 1,5 2,0	--- До 0,4 Св. 0,4 до 0,6 включ. 0,6 0,8 0,8 1,3 1,3 1,7

При подготовке печатных плат к электрическому монтажу необходимо обеспечить хорошую способность к пайке их электромонтажных элементов. Различные металлопокрытия печатных плат имеют неодинаковую емкость, которая с течением времени ухудшается.

Разработка чертежа печатной платы.

Процесс разработки чертежа печатной платы складывается из следующих операций:

- компоновка печатной платы, в процессе которой находится оптимальное размещение новейших элементов на плате. Компоновка выполняется с помощью шаблонов радиоэлементов, изготовленных из бумаги или другого материала.

Эти шаблоны размещаются на листе с координатной сеткой и располагают т.о. при котором длина соединяющих их проводников была бы минимальна.

- разводка печатных плат проводников. Целью является проведение проводников, соединяющих контактные площадки так, что бы они имели минимальную длину, и минимальное число переходов на другие слои для устранения пересечений.

- оформление чертежа с соблюдением требований стандартов.

5.2 МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ПЛАТЫ

В механическую обработку плат входит резка заготовок, обработка поверхностей сверления отверстий и их обработка. Но, прежде всего перед этим необходимо выбрать способ изготовления печатной платы, а, следовательно, и листовой изоляционный материал. В данном случае принят химический способ, при котором производится вытравливание незащищенных участков фольги, предварительно наклеенной на диэлектрик. Поэтому в качестве листового материала используется фольгированный гетилакс.

Далее в соответствии с чертежом платы (его размерами) производится резка заготовки вручную или при помощи специально заточенных резаков из инструментальной стали. Обработка поверхности печатной платы заключается в снятии заусениц после резки и сверловки, в шлифовке для придания нужной шероховатости.

5.3 НАНЕСЕНИЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ НА СХЕМУ

Существуют несколько способов нанесения изображения схемы на плату, однако в данном, индивидуальном, варианте изготовления печатной платы рисунок на фольгированный материал наносится вручную.

Для этого вычерчивается разводка проводников на миллиметровке в масштабе 1:1 и через копирку переводится рисунок на фольгированную основу будущей платы, предварительно зачищенной и обезжиренной. После чего при помощи специального рейсфедера и быстросохнущего лака обводят рисунок на плате. При этом следят за тем, чтобы покрытие было ровным без пропусков и подтеков. После нанесения рисунка, плату травят в специальных растворах. Наиболее распространенным является водный раствор хлорного железа, при этом оптимальная плотность раствора равна 43 г/см. Время травления зависит от температуры и свежести раствора.

После травления плату тщательно промывают в проточной воде, высушивают и удаляют защитный слой лака.

Заключительным этапом в изготовлении печатной платы является лужение проводников и монтажных площадок. Лужение выполняется механическим способом с помощью паяльника и припоя.

Разводка печатной платы осуществляется с использованием программы Print-layout 5.0.Разводим только часть платы: блок питания и операционный усилитель. Print-layout-простая программа для создания двухсторонних и многослойных печатных плат. Программное обеспечение включает в себя многие элементы, необходимые в процессе разработки полного проекта. Print-layout позволяет наносить на плату контакты, SMD-контакты, проводники, полигоны, текст и так далее. Контактные площадки могут быть выбраны из широкого набора.

ВЫВОД

В результате выполнения данного курсового проекта, был разработан блок БИФУ устройства импульсно-фазового управления плавным пуском привода скребкового конвейера, удовлетворяющий всем предъявленным к нему требованиям в начальной стадии проектирования.

Данный блок, являясь составной частью более крупного устройства, может использоваться как отдельно - в целях контроля достижения номинальной скорости движения скребковой цепи, так и в комплексе с другими блоками (СИФУ, ТК,ПУ и т. д.).

К сожалению, на данной стадии макетный образец отсутствует, и проверить ожидаемые результаты введения в эксплуатацию, разрабатываемого блока не представляется возможным.

Список используемой литературы

1. Р.М. Терещук. Справочник радиолюбителя, 6-е изд испр. и доп. -Киев Техника, 1970. -672 с.

2. Батицкий И.А., Куроедов В.И., Рыжков А.А. Автоматизация производственных процессов и АСУ ТП в горной промышленности. - М. Недра, 1991. -303 с.

3. Груба В.И., Никулин Э.К., Оголобченко А.С. Технические средства автоматизации в горной промышленности., - Киев ИСМО 1998.- 373 с.

4. Ульшин В. А.. Датчики для автоматизации в угольной промышленности. - М.: Недра. 1984. -245 с.

5. Метельский М.А. Автоматизация технологических измерений. - М. Ника., 2003 - 456 с. конвейер плата привод

6. Стадник Н.И. Справочник по автоматизации шахтного конвейерного транспорта. К.Техника,1992.-436 с.

7. Автоматизированный электропривод машин и установок шахт и рудников: Учебник для вузов. Малиновский. А.К. - М.: Недра, 1987. - 277 с.

Размещено на Allbest.ru

...