Разработка и изготовление наладочно-исследовательского комплекса на базе оборудования фирмы "ОВЕН"

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Оренбургский государственный университет"

РАЗРАБОТКА И ИЗГОТОВЛЕНИЕ НАЛАДОЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОГО КОМПЛЕКСА НА БАЗЕ ОБОРУДОВАНИЯ ФИРМЫ "ОВЕН"

Сорокин В.А., Крупский А.А.

В данной статье рассматривается процесс проектирования и изготовления мобильного наладочно - исследовательского лабораторного комплекса на базе оборудования фирмы "ОВЕН" с применением САПР P-CAD.

Функциональная схема комплекса приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Функциональная схема комплекса

Отличающийся от существующих стендов своей мобильностью, изготовленный на базе оборудования фирмы "ОВЕН" [1] наладочно - исследовательский комплекс изображен на рисунке 2. Проект собран в алюминиевом корпусе с размерами 460 х 323 х 152 мм. Полная масса изделия составляет 8 кг.

Рисунок 2 - Внешний вид опытного образца комплекса

Комплекс предназначен для исследовательской деятельности и работы в составе АСУТП [2] и способен осуществлять обработку восьми входных, восьми выходных дискретных сигналов, а так же принимать 8 и формировать 4 выходных аналоговых сигнала.

На рисунке 3 представлена лицевая панель комплекса, которая содержит сенсорную панель оператора СП-310Р, ПЛК ОВЕН 63 с модулями дискретного вывода МУ 110-8Р и дискретного ввода МВ 110-16ДН. Дополнительно на ней смонтированы: плата формирователя дискретных команд с миниатюрными индикаторами зелёного свечения и тумблерами, сетевой выключатель, разъёмы используемых интерфейсов, а также платы с разъёмами для внешней коммутации комплекса с объектом управления.

Рисунок 3 - Лицевая панель комплекса

Несомненным плюсом проекта с использованием ПЛК ОВЕН 63, изображенного на рисунке 4, является возможность работы с использованием пяти языков программирования в среде CoDeSys - IL, LD, FBD, ST и SFC, входящих в международный стандарт МЭК 61131-3.

Рисунок 4 - ПЛК ОВЕН 63

В процессе проектировании было принято решение о целесообразности изготовления лицевой панели комплекса в условиях предприятия, специализирующегося на изготовлении изделий методом лазерной резки и гравировки. В состав технической документации на изготовление панели входит чертёж лицевой панели комплекса, изготавливаемой из листового проката нержавеющей стали 12Х 18Н 10Т ГОСТ 5582-75 толщиной 1,5 мм, изображённый на рисунке 5.

Рисунок 5 - Лицевая панель комплекса

Проектирование печатных плат комплекса выполнено в среде САПР P-CAD. Соединение печатных плат комплекса осуществляется с использованием разъемов. Коммутация входных аналоговых и дискретных сигналов комплекса реализована с использованием соединительных печатных плат. Питание на плату формирователя дискретных команд подаётся от источника питания напряжением 24 В. Напряжение сети 220 В на платах комплекса отсутствует.

Работа в среде P-CAD при проектировании печатных плат предполагает использование ряда подпрограмм. Рассмотрим процесс разработки печатных плат на примере платы формирователя дискретных команд, принципиальная схема которой изображена на рисунке 6.

Рисунок 6 - Принципиальная схема формирователя дискретных команд

Согласно принципиальной схеме, на проектируемой плате устанавливаются резисторы, светодиоды и тумблеры.

Начальный этап проектирования выполнялся в подпрограмме Symbol Editor. Для этого была создана библиотека используемых элементов. На рисунке 7 показан процесс создания и упаковки элемента - резистор. На рисунках 8 и 9 соответственно показаны процессы создания и упаковки светодиода и тумблера.

Рисунок 7 - Создание и упаковка резистора

Рисунок 8 - Создание и упаковка светодиода

Рисунок 9 - Создание и упаковка тумблера

В подпрограмме Schematic разработана принципиальная схема платы формирователя дискретных команд. Для этого на рабочей поверхности были расположены используемые элементы в количестве, согласно принципиальной схеме приведённой на рисунке 10. Далее выполнено соединение элементов. Данные соединения, изображённые на рисунке, отображены красным цветом.

Рисунок 10 - Принципиальная схема платы формирователя дискретных команд в среде P-CAD

Созданный в подпрограмме Schematic проект был загружен в подпрограмму PCB. Размеры печатной платы заданы с учётом габаритных размеров используемых элементов. В процессе проектирования платы в обозначенную область последовательно перенесены все используемые элементы. Далее, согласно подсказкам, выдаваемым программой (тонкие синие линии), выполнена трассировка печатной платы. Для получения варианта платы в одностороннем исполнении, корректировка расположения её элементов выполнялась неоднократно. Окончательный вариант печатной платы изображён на рисунке 11.

Рисунок 11 - Вид печатной платы после трассировки

В программе PCB так же возможен вывод изображения печатной платы со стороны дорожек на принтер в натуральную величину.

Трассировка остальных печатных плат, входящих в комплекс, выполнялась аналогично.

Топология платы формирователя дискретных команд приведена на рисунке 12.

Рисунок 12 - Печатная плата формирователя дискретных команд. Сверху - вид со стороны дорожек, снизу - вид со стороны элементов

Далее после нарезки заготовок из фольгированного текстолита выполнено их сверление, нанесение рисунка дорожек, травление и окончательная промывка. После установки и пайки элементов готовые платы интегрированы в состав комплекса, после чего выполнен полный его монтаж внутри корпуса. На крышке комплекса с внутренней стороны предусмотрены крепления для хранения документации, шнура питания и соединительных проводов, с помощью которых выполняется необходимая коммутация соответствующих входных и выходных цепей.

Отличительной чертой спроектированного комплекса является возможность раздельного использования сенсорной панели СП-310Р не только со "своим" ПЛК, но и с контроллерами других производителей, способных осуществлять передачу данных по каналам RS-485 и RS-232, а также с использованием порта Ethernet. Блочная структура комплекса, позволяет использовать те его составляющие, которые необходимы для выполнения исследовательской работы.

Питание на элементы комплекса поступает от импульсного блока питания, преобразующего переменное напряжение 220 В питающей сети в постоянное напряжение 24 В, который расположен за лицевой панелью. Для мобильного использования возможна подача питания от внешнего источника постоянного напряжения 24 В при отсутствии питающей сети напряжением 220 В.

Список литературы

лабораторный дискретный подпрограмма схема

1. Официальный сайт компании "ОВЕН" - производителя оборудования для автоматизации. Режим доступа: http://www.owen.ru

2. Сорокин В.А., Крупский А.А. Наладочно - исследовательский комплекс на базе оборудования фирмы "ОВЕН" // Университетский комплекс как региональный центр образования, науки и культуры материалы Всероссийской научно-методической конференции. Оренбургский государственный университет. 2018. С. 3012-3019.

Размещено на Allbest.ru