Для реализации усилителей можно использовать микросхему К157УД1А, представляющую собой универсальный усилитель средней мощ-ности [21].


Чтобы посмотреть этот PDF файл с форматированием и разметкой, скачайте его и откройте на своем компьютере.
1

«Санкт
-
Петербургский государственный электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И.Ульянова (Ленина)»

(СПбГЭТУ “ЛЭТИ”)


Направление

27.03.04



Управление в технических


си
с
темах

Профиль подготовки


Системы и технические средства автомат
и
зации и

управления

Факультет

ФЭА

Кафедра

САУ

К защите допустить


Зав. кафедрой


Шелудько В.Н.




ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦ
ИОННАЯ РАБОТА

БАКАЛАВРА

Тема:
ПРЕОБРАЗО
ВАНИЕ СИГНАЛОВ ДАТЧИ
КОВ СИСТЕМЫ


УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОМА
ГНИТНЫМ ПОДВЕСОМ



Студент




Лилло А.В.




подпись



Руководитель

к.т.н., доцент



Стоцкая А.Д.



подпись




Консультант

по Доп. разд
е
лу

к.т.н.
, доцент



Иванов А.Н
.



подпись




Консультант

нормоконтроль

к.т.н., доцент



Лямкин А.А.


(Уч. степень, уч. звание)

подпись




Санкт
-
Петербург

20
17
2

ЗАДАНИЕ

НА ВЫПУСКНУЮ КВАЛИФИ
КАЦИОННУЮ РАБОТУ



Утверждаю


Зав. кафедрой САУ


____________ Шелудько В.Н.


«___»_марта_20
17

г.


Студент

Лилло А.В.


Группа

3492


Тема работы: Преобразование сигналов датчиков системы управления



электромагнитным подвесом

Место выполнения ВКР: кафедра САУ


Технические требования:

-

напряжение питания: 5/
15/24 В

-

количество каналов управления АМП: 5

-

количество каналов датчиков: 10

-

частота работы микроконтроллера
: дол 144 МГц

-

ток потребления, не более А: 0.
5/ 3/
0.1

-

протокол передачи данных:
RS
-
232

-

род тока питания: постоянный


Содержание ВКР:

1
. Анализ проблемы и обзор электромагнитных подвесов
.

2
. Плата преобразования сигналов и т
ребования.

3
. Проектирова
ние платы преобразования сигналов
.

4
. Безопасность жизнедеятельности
.

Перечень отчетных материалов: пояснительная записка, иллюстративный
материал, схема

электрическая принципиальная

Дополнительные разделы: Безопасность жизнедеятельности.



Дата выдач
и задания

Дата представления ВКР к защите

«
___
»
______________
2017

г.

«
___
» июня 2017 г.



Студент


Лилло А.В.

Руководитель

к.т.н., доцент

Стоцкая А.Д.



(Уч. степень, уч. звание)


3


КАЛЕНДАРНЫЙ ПЛАН ВЫП
ОЛНЕНИЯ

ВЫПУСКНОЙ КВАЛИФ
И
КАЦИОННОЙ РАБОТЫ



У
тверждаю


Зав. кафедрой САУ


____________ Шелудько В.Н.


«___» ____________
20
17

г.


Студент

Лилло А.В.


Группа

3492

Тема работы:

Преобразование сигналов датчиков системы управления



электромагнитным подвесом



п/п

Наименова
ние работ

Срок в
ы
полнения

1

Анализ проблемы и о
бзор электромагнитных подвесов

10
.0
4
.
2017

2

Плата преобразования сигналов и требования, предъя
в
л
я
емые к ней

24
.0
4
.2017

3

Проектирование платы преобразования сигналов


10
.0
5
.
2017

4

Безопасность жизнедеятел
ьности

15
.05.2017

5

Оформление пояснительной записки

25
.0
5
.
2017

6

Оформление иллюстративного материала

29
.0
5
.
2017

7

Сдача пояснительной записки в ГЭК

0
2
.0
6
.
2017


Студент


Лилло А.В.

Руководитель

к.т.н., доцент

Стоцкая А.Д.



(Уч. степень, уч. звание) Подпись

4

РЕФЕРАТ



В выпускной квалификационной работе рассматривается вопрос

разр
а
ботки платы преобразования сигналов системы управления активным магни
т
ным

подвесом (электромагнитным подвесом) ротора высокоскоростной эле
к
трической машины.

В работе содержится
70

страниц,
24

илл
юстрации, 5
та
б
лиц, 3
приложения
. Работа состоит из
четырёх

частей. Использовано
50

исто
ч
ников.

Ключевые слова:

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ПОДВЕ
С, ПЛАТА, ПРЕОБРАЗОВАНИЕ
СИГНАЛОВ, СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ, ДАТЧИКИ
, ЛЕВИТАЦИЯ.

Темой работы является разработка платы п
реобразования сигналов да
т
чиков. Ц
ель работы


спроектировать
оригинальную
схему платы преобразов
а
ния си
г
налов датчиков, являющуюся функциона
льным аналогом имеющейся
плате
. Предметом работы является готовая принципиальная схема прототипа
устро
й
ства и перечень составляющих его элементов. Метод проведения работ


поиск схемотехнических решений.

Результаты данной работы могут быть пр
и
менены при пр
оектировании, и
обслуживании как
электро
магнитных подвесов в целом, так и шкафов управл
е
ния для них, а также для изучения принципов обработки сигналов.

В процессе выполнения работы
изучено строение и функциональные ос
о
бенности электр
о
магнитного подвеса в ц
елом и платы преобразования сигналов
в частности, выполнено построение схемы
электрической принципиальной
пл
а
ты

преобраз
о
вания сигналов
, предложена программа испытаний платы

как на
испытательном стенде с выработкой требований к нему, так и в составе эле
к
тр
омагнитного подвеса
.
При составлении схемы была использована исключ
и
тельно о
течествен
ная

элемент
ная

б
а
за
.

5

SUMMARY



During

execution

of

the

work

following

results

are

obtained
:

the circuit

of

si
g-
nal conversi
on

board is designed
,

designed circuit based

sol
ely

on domestic comp
o-
nents
, a

program of board tests was developed
.
R
ecommendations on the develo
p-
ment and use of the board

are given
.

The circuit is complete
d

and may be used in p
r
o-
totyping the
original
board
.

The work may be used
to study the principles
of signal
processing and the development of appropriate devices.

6

СОДЕРЖАНИЕ



ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………

..

8

ГЛАВА
I
.
Анализ проблемы и о
бзор электромагнитных подвесов

.
………
….



9



1.1
.

Анализ проблем
ы и её решений …………………………………….

9


1.2
.

Структура электромагнитного подвеса ……………………………
. 10



1.3
.

Принцип де
йствия электромагнитного подвеса …………………
... 13



1.4
.

Области практического применения активных магнитных





подшипников .……………………………………………………….
.


15

ГЛАВА
II
.
Плата преобразования сигналов и т
ребования, предъявляемые к


ней
………………………………………
…………………………
....
17



2.1
.

Датчики, используемые в
электромагнитном подвесе …………...

17


2.2
.

Принцип работы платы преобразования сигналов

...
……………
..

19



2.3
.

Разработка требований

к проектируемой плате ..………………....

20



2.4
.

Основные схемотехниче
ские решения

...
…………………………
.
.

22

ГЛАВА
III
.
Проектирование платы преобразования сигналов ……………
….


24



3.1
.

Расчёт генераторов

…………………………………………………
.


24



3.2
.

Расчёт усилителей мощности

………………………………………



32



3.3
.

Проектирование детекторов

…………………………
……………..

33



3.4
.

Разработка

фазочувствител
ьных выпрямителей и фильтров……..

37



3.5
.

Выбор счётчика импульсов и Аналого
-
цифрового



преоб
разователя……………………………………………………
...

41



3.6. Проектирование осталь
ных узлов платы ………………………….

45



3
.7. Составление
полной принципиальной схемы платы
……………...


50



3.8. Составление п
еречня элементов……………………………………

52



3.9
.
Программа испытаний на стенде
…………………………………...

53



7

ГЛАВА
IV
.
Безопасность жизнедеятельности

……………………………
…...

57



4.1
. Элект
ромагнитная совместимость платы с условиями



эксплуатации ………………
..
………………………………………
.

57



4.2
. Испытания платы на элек
т
ромагнитную совместимость ………..

59

З
АКЛЮЧЕНИЕ ………………………………………………………………
….

64

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫ
Х ИСТОЧНИКОВ
…………………………
….



6
5

ПРИЛОЖЕНИЯ
…………………………………………………………………
..

71

8

ВВЕДЕНИЕ



Актуальность выбранной темы подтверждается необходимостью разр
а
ботки оригинальных
электро
магнитных подвесов и их блоков, приоритет для
которых составит отечественная элементная база, с целью снижения
зависим
о
сти от им
портной продукции и упрощения процесса эксплуатации и обслуж
и
вания. Кроме того, дальнейшее развитие и совершенствование рассматриваем
о
го объекта имеет большие перспективы.

К задачам данной работы относятся изучение

платы преобразования си
г
налов,

различных средств силовой электроники и электротехнического
обор
у
дования, находящегося в шкафу управления
электро
магнитным подвесом,

да
т
чиков, используемых в подвесе,
а также
разработка схемы

электрической

при
н
ципиальной
оригинальной платы преобраз
ования сигналов
,

технических треб
о
ваний
и последующий
а
нализ полученных результатов
.

Ц
елью

работы

является разработка
схемы

электрической принципиал
ь
ной
прототипа устройства
,

которая

станет основой

для производства

отеч
е
с
т
венно
й платы преобразования сигна
лов, и пер
ечня элементов
разрабатыва
е
мо
го

ус
т
ройств
а
.

Предметом разработки является плата преобразования сигналов датчиков
системы управления
электро
магнитным подвесом,
являющаяся

одним из о
с
новных

узло
в
шкафа управления
. Плата

обеспечива
ет

фильтрацию и пр
еобр
а
зов
а
ние сигналов, поступающих от датчиков, проверку
их
работоспособности и
целос
т
ности
информационных каналов
.

9

1.

АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ И ОБЗОР
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ

ПОД
ВЕСОВ



1.1.
Анализ проблемы и её решений


В процессе выполнения ВКР требуется спроектироват
ь схему
оригинал
ь
ной
платы преобразования сигналов преимущественно на базе отечественных
компонентов, которая станет альтернативным функциональным аналогом
им
е
юще
гося

импортного оборудования
. В
последствии
разрабатываемой
пл
а
то
й


планируется заменить плату,

установленную в шкафу управления. Кроме того,
она может быть использована как часть оригинальной системы управления от
е
чественного электромагнитного подвеса. Результатом работы станет готовая
принципиальная схема оригинальной платы с перечнем элементов, с
остоящ
им

преимущественно и
з
отечественных компонентов
.

Для достижения поставленной цели необходимо изучить структуру и
принцип действия электромагнитн
о
го подвеса в целом и платы преобразования
сигналов в частности. Требуется из
у
чить функциональные особенн
ости платы,
составить её структурную схему и выделить основные узлы
.

Сложность
поставленной задачи
состоит в том, что
в отношении

име
ю
щейся принципиальной схем
ы

платы преобразования сигналов, перечн
я

её эл
е
ментов и полно
го

набор
а

функций
нет полного описан
ия
, и проектирование
требуется выполнить лишь на основе изученной структуры платы и доступного
перечня функций.

Необходимость п
роектировани
я оригинальной платы преобразования
сигналов

обоснована

тем, что это п
озволит получить отечественный аналог и
м
портной

продукции, и даст возможность
освоить

собственное производство
данного устройства, что существенно снизит затраты не только на
приобрет
е
ние устройства, но и, главным образом, на его обслуживание. Кроме того, м
а
10

тери
а
лы данной работы могут быть использованы

в процессе проектирования
других подобных устройств, в основном, связанных с обработкой сигн
а
лов.


1.2
. С
труктура электро
магнитного подвеса


Электром
агнитный подвес

(ЭМП)

представляет собой сложное
электр
о
механ
ическое

устройство, позволяющее осуществить б
есконтактный подвес
ротора электрической
машины относительно её статора

[1]
.
ЭМП

состоит из а
к
тивных магнитных подшипников

(АМП)
, шкафа управления и соединительных
к
а
белей.

Внешний вид шкафа управления представлен на рисунке 1.



Ри
сунок 1


В
нешний вид шкафа управления

АМП
.


В
ЭМП
, как правило, используются
2

радиальных
АМП
,

один упорный

АМП
и несколько вспомогательных

подшипников
, число которых обычно с
о
ответствует количеству радиальных

АМП

[2]
.

Внешний вид радиального

АМП

и вспомо
гательного подши
п
ников

представлен на рисунке 2.

11


Рисунок 2


В
нешний вид радиального и вспомогательного подшипников.


Радиальный

АМП

представляет

собой
несколько силовых катушек и
н
дуктивности, уложенных специальным образом. Пом
имо силовых катушек в
нём

ра
с
положены дополнительные катушки, являющиеся датчиками положения
и

да
т
чики температуры
.


В упорном
АМП

силовые кату
шки расположены в форме колец с обеих
сторон от смонтированного на роторе упорного диска. К упорному
АМП

также
от
носится и осевой датчик положения, в свою очередь тоже состоящий из к
а
тушек индуктивности, но расположенный на оконечности вала и конс
т
руктивно
находящийся вне подшипника.

Схематическое расположение
АМП

предста
в
лено на рисунке 3
.

Шкаф управления состоит из

нескольких систем, совместная работа кот
о
рых обеспечивает надёжное и корректное функционирование подвеса.

Функционально шкаф управления можно разделить на
3

системы: сист
е
му питания, систему контроля подвеса и общую систему управления (на рису
н
ке 4 обозн
ачены
цифрами 1
,
2

и
3

соответственно) [3].


Радиальный АМП

Вспомогательный
подшипник

12


Рисунок

3



С
хематическое расположение подшипников.



Рис
унок

4



Системы шкафа управления.

1

2

3

13

В систему питания входят общий блок питания, резервные аккумуляторы
с зарядным устройством, фильтры, плата
с предохранителями и
3

преобразов
а
теля напряже
ния,
2

из которых являются повышающими. Они используются
для питания усилителей мощности и соединены параллельно. Третий


пон
и
жающий


питает
всю несиловую часть
ЭМП
.

Система контроля
ЭМП

состоит из цифрового
сигнального процессора
реального времени

(
DSP
)
,

системы регулирования, удерживающей ротор в тр
е
буемом положении, системы оптимизации, улучшающей реактивность с
и
стемы
контроля
ЭМП

при резких изменениях нагрузок

и нескольких усилителей мо
щ
ности.

К общей сист
еме управления относятся интерфейсы, гарантирующие с
а
моконтроль шкафа управления
, а также
обеспечивающие
его диагностику и
п
е
редачу да
н
ных
в

автоматизированную систему управления.


1.3
. Принцип действия электро
магнитного подвеса


Питание
ЭМП

осуществляется

путём подачи

напряжения

на
силовые вв
о
ды
шкаф
а

управления.
Напряжение питания

поступает на ключ, устройства з
а
щиты и фильтр

сети
, препятствующий попаданию в сеть
помех, вызываемых
работой
ЭМП
. Затем
напряжение
пита
ния

поступает на трансформатор, выпр
я
мит
ель и фильтры.

Трансформатор сконструирован таким образом, что позволяет подкл
ю
чить шкаф управления к практически любому стандарту питающей сети. После
трансформатора выпрямленное и отфильтрованное
напряжение

поступ
а
ет на
3

преобразователя (конвертора)

и
зарядное устройство, которое заряжает резер
в
ные аккумуляторы, использующиеся для питания
ЭМП

в случае кратковреме
н
ных отключений основного питающего источника.

Один из конверторов понижает напряжение до требуем
ого

уровн
я

для
питания
всей несиловой части
Э
МП
. На вход конвертора поступает
+
150 В
, а на
14

выходе имеются
3

уровня напряже
ний: 5 В,

±
15 В

и 24 В. Два других к
онве
р
тора повышают
в
е
личину напряжения

с


+
150 В до
±
150

В. Данное
напряжение
питает усилители сигналов, поступающих на силовые обмотки
АМП
.
Оба

ко
н
вертор
а имею
т мощность 2500 Вт. Таким образом,
при их параллельном соед
и
нении становится возможным обеспечить мощность для питания усилит
е
лей
5000 Вт.


Для обеспечения защиты от выхода из строя при нештатных ситуациях
повышающих преобразователей и б
лока усилителей между ними
включена

плата с предохранителями.

В случае внезапного отключения питания основного
источника все
конверторы
переходят на
схему
питани
я
от резервных аккумул
я
торных батарей, напряжение на входах
конверто
ров при этом составляет до
120 В. При восстановлении основного источника питания, работа конверторов
вновь осуществляется от него.

Плата обработки сигналов датчиков (плата кондиционирования), вход
я
щая в состав системы контроля
ЭМП
, обрабатывает получен
н
ую

информацию
датчиков
ЭМП
,

преобразуя её

к тому виду, который требуется для
её

дальне
й
шего использования. Обработанные сигналы датчиков положения ротора п
о
ступают на плату

контроллера

(
плату

цифрового привода)
, которая реализует
заданный закон управления
АМП
.

Сигналы управления по
ложением ротора поступают на усилители мо
щ
ности, после чего
передаются

на силовые катушки

АМП
. Обработанные сигн
а
лы датчиков температуры и скорости поступают на плату диагностики (плату
управления
)
,
которая производит их анализ.

Плата диагностики координи
рует работу шкафа и содержит параметры
управления остальных его частей, а также содержит интерфейсы для подкл
ю
чения периферийных и сетевых устройств, таких как модуль дисплея, накоп
и
тель данных, плата интерфейса пользователя
, устройств, работающих через и
н
те
р
фейс MODBUS.

Для наглядности
на рисунке 5

изображена функциональная схема
ЭМП
.

15


Рис
унок

5



Ф
ункциональная схема электромагнитного подвеса.


Из рисунка 5
видно
, что плата взаимодействует с
четырьмя

узлами шкафа
управления: понижающим преобразователем,
датчиками,
платой контроллера и
платой диагностики.


1.4
.
Области практического применения активных магнитных


подшипн
и
ков


Области применения АМП можно объединить в
4

группы

[1]
:



в
ысокоскоростное машиностроение
,



с
танкостроение
,



м
едицинское оборудование
,



с
истем
ы, работающие в вакууме
.

Высокоскоростное машиностроение является основной областью прим
е
нения АМП, поскольку
только в подшипниках данного типа существует

во
з
можность управлять вибрациями и бороться с такими явлениями
,

как прецессия
и нутация, характе
рными для данной отрасли машино
строения
. АМП
имеет
16

сравнительно

низк
ое

энергопотребление и затраты на техническое обслужив
а
ние
. Кроме того, для данной области применения существенным достоинс
т
вом
является отсу
т
ствие трения.

В станкостроении АМП применяются

в основном
благодаря возможности высокой скорости вращения ротора и точности его п
о
зиционирования.

В мед
и
цине данный тип подшипников применяется
благодаря
отсутствию смазочных материалов и, как следствие, стерильности
.

В области
вакуумных систем,
пр
и
менен
ие АМП обосновано
отсутстви
ем

механического
контакта (а, следов
а
тельно, трения и износа).

В качестве примера практического использования АМП в высокоск
о
р
о
стном машиностроении можно привести турбины, используемые в насосах для
перекачки жидкостей и газов, к
омпрессорах и реактивных двигателях
.

В ста
н
костроении АМП используются во фрезерных, токарных, шлифовальных и
сверлиль
ных станках.
Интересным примером использования

данного вида
п
одшипников в медицинской технике является насос для

искусственного сер
д
ца, ко
торый непр
е
рывно перекачивает кровь для поддержания работы левого и
правого желудочков.

В области вакуумных систем АМП может использоваться
в мах
о
виках. Для снижения потерь на трение маховиковые устройства хранения
энергии помещают в вакуумные камеры, что
требует использования подши
п
ников, работ
а
ющих без смазки

[4]
.


В
ыводы
:

Проведенный обзор областей практического использования ЭМП свид
е
тельствует об

актуальности разработки специализированного устройства пр
е
образования сигналов, входящего в состав устройст
ва (шкафа) управления
ЭМП.
Из анализа
структур
ы, состава подсистем

и общ
его

принцип
а

действия
ЭМП дел
а
ется вывод о допустимости интеграции разрабатываемого прототипа
платы преобразования сигнала с учетом технических характеристик системы в
целом, что позво
лит заменить сложное и дорогостоящее в обслуживании и
м
портное оборудов
а
ние.

17

2
.
ПЛАТА ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СИГНАЛОВ И
ТРЕБОВАНИЯ,
ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К
НЕЙ



2.1
Датчики, используемые в электромагнитном подвесе


В электромагнитном подвесе используется следующие
т
ип
ы

д
атчиков:



и
ндуктивные датчики положения
,



и
ндуктивные

датчики скорости
,



д
атчики температуры
.

Индуктивные датч
ики положения делятся на

4
радиальных и один ос
е
вой, который фиксирует продольные перемещения ротора.

Радиальные датчики положения расположены по
2

в каждом подшипн
и
ке и представляют собой катушки, индуктивность которых меняется в завис
и
мости от величины зазора между ротором и магнитным подшипником.
Каждый
датчик состоит из двух катушек. Радиальные датчики позволяют определять
изменение поло
жения рот
ора в двух плоскостях и д
ля оптимальной работы с
и
с
темы располагаются в том же угловом положении, что и силовые обмотки по
д
ши
п
ника, что
отражено на рисунке 6
.



Рис
унок

6



Р
адиальный подшипник с датчиками положения.

18

Осевой индуктивный датчик
,

как и радиал
ьный
,

представляет собой
две

катушки,
но
располагается

не вокруг ротора в его поперечной плоскости, а р
я
дом друг с другом, в продольной плоскости ротора.
При этом в продольном н
а
правлении он может находиться как совместно с радиальными датчиками (р
и
сунок 7
), так и на оконечности ротора (рисунок 3).
П
ри перемещении рот
ора в
продольной

плоскости изменяется

индуктивность

катушек

датчика
, что по
з
в
о
ляет определять продольные перемещения ротора

и корре
к
тировать их
.



Рисунок 7


И
ндуктивные датчики положения рот
ора.


Индуктивный

датчик скорости состоит из магнита, жёстко закреплённого
на роторе и герк
о
на, установленного на статоре

машины
. При вращении ротора,
в момент, когда магнит движется вблизи геркона, то последний на короткий
промежуток времени замыкает элек
трическую цепь, что позволяет измерять
скорость вращения ротора машины.

В качестве датчиков температуры используются термопары, расположе
н
ные непосредственно внутри подшипников. Они вырабатывают ЭДС, величина,
которой зависит от температ
у
ры подшипников.

Д
ля повышения отказоустойчивости системы используются также р
е
зервные датчики темп
е
ратуры и датчик скорости.

19

2.2.
П
ринцип работы платы преобразования сигналов


Плата преобразования сигналов
, размещенная в имеющимся шкафу
управления,

используется для
обрабо
тки информации


датчиков
, повыш
е
ния
помехоустойчивости и контроля целостности электрической цепи, соде
р
жащей
датчики.
Плата

состоит из следующих осно
в
ных узлов:



г
енератор частот с двумя выходами
,



у
силители сигналов
,



ф
ильтры
,



а
налого
-
цифровые преобразовател
и
,



несколько демодуляторов для преобразования сигналов от датчиков п
о
ложения ротора.

Плата работает следующим образом: о
дин из генераторов является такт
о
вым и задаёт частоту работы цифровой части платы и второго генератора, фо
р
мирующего
синусоиду

частотой
20 кГц (несущую).

На несущую накладываются сигналы датчиков положения.
С
умма этих
сигналов поступает на усилитель, после которого наличие несущей фиксируе
т
ся детектором. Отсутствие этой частоты означает обрыв цепи. И соответс
т
в
у
ющий сигнал
поступает

на пла
ту управления данными. Сигналы датчиков,
пройдя через детектор, оказываются на фазочувствительных выпрямителях и
сгл
а
живаются фильтрами. Далее обработанные сигналы используются в плате
цифрового привода.


Датчики положения работают со стандартным типом сиг
нала 4

20 мА.
Таким образом, обратная связь в системе осуществляется по току, что позвол
я
ет повысить помехоустойчивость
ЭМП
.

Сигнал датчика скорости поступает на
счё
тчик импульсов, а
сигнал

датчиков температуры


на аналого
-
цифровые
преобразователи, после

чего оба типа сигналов поступают на плату управления
данными.

20

Структура работы платы преобразования сиг
налов представлена на р
и
сунке 8
.



Рисунок

8



Ф
ункциональная схема

платы преобразования сигналов.


На функциональной схеме:
ТГ


тактовый генератор, Г



генератор син
у
соиды, ДП


датчики положения
,
У


усилители, Д


детекторы, ФЧВ


фаз
о
чувствительные выпрямители,

Ф


фильтры, ДС


датчики скорости, СИ


счётчик импульсов, ДТ


датчики температуры, АЦП


аналого
-
цифровые пр
е
образователи, ПЦП


плата ци
фрового привода, ПУД


плата управления да
н
ными.

При отсутствии сигнала какого
-
либо датчика загорается соответству
ю
щий ему индикатор на плате, информируя оператора о неисправности [5, 6].
Кроме того, через все разъёмы, подключаемые к плате, проходит сигнал
, не п
о
зволяющий запустить установку, если какой
-
либо из кабелей не подкл
ю
чен.


2.
3.
Разработка требований к проектируемой плате


Поскольку схема
электрическая
принципиальная
платы и полный
пер
е
чень

её функций

недоступны, то требования к ней

составляются н
а основе с
о
ответствия функциональной схеме и
имеющихся
технических требований к
ВКР.

21

На основании вышеизложенного
в проектируемой плате должны

быть
р
е
ализованы следу
ю
щие функции
:



генераци
я

периодического сигнала для
питания датчиков положения и
проверки це
лостности цепи, содержащей датчики
;



усиление и фильтрация сигналов
;



детектирование несущей для определения обрыва цепи
;



переключение между основными и резервными датчиками
;



оцифровк
а

сигналов с датчиков скорости и температуры
;



светов
ая

индикаци
я

состояния
узлов платы

и датчиков
;



отправк
а

информационных сообщений на плату управления данными с
показаниями датч
и
ков, состоянием цепи и платы;



интеграци
я

в систему, препятствующую запуску установки при наличии
неподключенных кабелей
.

Следовательно, в плате должны
присутствов
ать следующие

компоненты
:



г
енераторы
;



усилители сигналов
;



фазочувствительные выпрямители
;



фильтры
;



детекторы несущей частоты
;



аналого
-
цифровые преобразователи
;



блок обработки сигналов с датчика скорости
;



система световой индикации состояния узло
в платы и датчиков
;



система передачи информации на плату управления данными
;



схемотехническое решение, препятствующее запуску системы, если к
а
кой
-
либо из необх
о
дим
ых кабелей не подключен к плате
;



интерфейсы для подсоединения кабелей
.

Помимо этого
плата дол
жна состоять преимущественно из отечественных
компонентов и иметь размеры, позволяющие установить её в
слот, предназн
а
ченный для данной платы
.

22

2.
4
.
О
сновные

схемо
технические решения


Для повышения надёжности следует
отметить возможность
дублирования
наибол
ее
важных

бл
оков платы, а именно генератор
ов
, усилител
ей

сигналов,
детектор
ов

наличия несущей частоты, фазочувствительны
х

выпрямител
ей

и
фильтр
ов
.
По
мимо этого целесообразно с
проектирова
ть

дв
а счётчика

импул
ь
сов


одного для основного датчика скорости и од
ного для резервного
, а также

АЦП для основных и резервных датчиков температуры.

Однако описанные
выше меры значительно усложнят проектируемую плату и затраты на её прои
з
водство, а при использовании компонентов с длительным сроком службы лишь
незнач
и
тельно
повысят надёжность системы.

Исходя из этого, и, учитывая, что
разр
а
батываемое устройство является лишь прототипом, данное решение при
разр
а
ботке платы
не используется
.

Усилители

сигналов
необходимо

реализовать на

основе

операционных
усилителях

(ОУ)
.

Реали
зацию аналого
-
цифровых преобразователей

и блок
а

о
б
работки сигналов
датчиков скорости возможно осуществить как

с помощью о
т
дельных микросхем
, так и

на базе микроконтроллера, что более предпочтител
ь
но, поскольку в данном случае сократится количество компонен
тов и занима
е
мая ими площадь на плате, а
,

следовательно
,

упростится

процесс проектиров
а
ния платы. Кроме того, контроллер позволит
существенно
облегчить реализ
а
цию системы индикации и отправки информационных сообщений на плату
управления данными.

Но следует

отметить, что

при выборе варианта реализ
а
ции схемы с использованием микроконтроллера
для него требуется составить
программу

и

уделить достаточно внимания вопросу его надёжности при
и
с
польз
о
вании в данной системе.

Стоит

добавить, что
в настоящее время
выб
ор
отечес
т
венных контроллеров относительно невелик.

Система, препятствующая запуску
ЭМП

при наличии неподключенных
кабелей, не позволяет осуществить запуск установки, если в системе имеются
неподсоединённые кабели, которые в обязательном порядке должны быт
ь по
д
23

ключены, либо, если по какой
-
то причине эти кабели оказались подключены
лишь частично.

Для интеграции в систему, препятствующую запуску установки при н
а
личии неподключенных кабелей, планируется использовать пассивный вар
и
ант
.
Данное решение
позволит
реализовать систему с минимальными затрат
а
ми.

Для повышения надёжности кабельных соединений стоит рассмотреть
вопрос об использо
вании защёлкивающихся разъёмов, особенно, учитывая о
т
сутствие большой разницы в их стоимости по сравнению с аналогичными раз
ъ
ёма
ми без защёлок

[7]
.


В
ыводы
:

Из анализа результатов исследования
принцип
а

работы платы преобраз
о
вания сигналов, перечня

её основных функций и блоков
,

делается вывод о н
е
обходимости разработки конкретных узлов проектиру
е
мой платы.

Обосновывается нецелесооб
разно
сть

проектирова
ния

дв
ух счётчиков

и
м
пульсов
. Предлагается использование
микроконтроллера

для реализации
анал
о
го
-
цифровых преобразователей и блока обработки сигналов датчиков скорости
.

Предложенные схемотехнические решения способствуют повышению
надёжн
ости работы платы и рационализации использования элементов, соста
в
ляющих плату.

24

3.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПЛАТЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СИГНАЛОВ.



3.1.
Выбор и расчёт генераторов



Одним из наиболее простых вариантов
одновременной

реализации о
боих
генераторов является
схема

с использованием микросхемы К176ЛА7, предста
в
ляющей собой 4 логических двухвходовых элемента И
-
НЕ

[8]
.

Принципиальная
схема т
а
кого генер
атора представлена на рисунке 9
.



Рисунок

9



П
ринципиальная схема генератора сигналов различной формы.


Согласн
о [8] схема может выдавать частоту до 3500 Гц, что несколько
ниже частоты, и
с
пользуемой в плате. Но для реализации прототипа устройства
частота является достаточной. В последующем блок генератора ввиду своей
простоты легко может быть модернизирован или зам
енён другим. Поскольку
треугольный тип сигнала в плате не используется, то
эл
е
мент С4 может быть
исключён.

Регулировкой резистора R1 осуществляется подстройка симметри
ч
ности сигнала, с помощью изменения значения сопротивления R7
настраивае
т
ся фо
р
ма синусои
дального сигнала. Частота импульсов зависит от значения R
6.
От ёмкости ко
н
денсатора С3 зависит частота
колебаний, генерируемая схемой.
С целью оценки качества работы и определения параметров компонентов схема
генер
а
тора была собра
на на макетной плате (рису
нок 10
).

25



Рисунок

10



С
хема генератора, собранная на макетной плате.


Были получены следующие результаты:
ампли
туда сигнала составляет
около 5
В, ч
астота генерируемого меандра и синусоидального сигнала с дост
а
точной точностью совпадают, полученный меанд
р имеет форму, близкую к
идеальной, а синусоидальный сигнал имеет незначительные искажения, что о
т
части может быть обусловлено отличием реальных значений параметров ко
м
понентов от номинальных и недостаточно хорошим контактом между комп
о
нентами.
Также устан
овлено, что при увеличении ёмкости C3 форма синусо
и
дального сигнала частично улучшается, но частота при этом значительно пад
а
ет. При указанном в схеме значении ёмкости, равном приблизительно 0.022
мкФ, максимальная частота сигнала составила около 5700 Гц.
Сопротивление
резистора R6 при этом было минимальным, как и сопротивление R7.
Следов
а
тельно, частота импульсов может быть взята 5000 Гц.

Осциллограммы
сигн
а
лов, снятые при ма
к
симальной

частоте, показаны на рисунке 11
.

26


Рисунок

11



О
сциллограммы снятых с
генератора сигналов.


Однако проще реализовать генерацию сигналов на микроконтроллере,
что позволит добиться большей
частоты, её стабильности и стабильности

а
м
плитуды, упростит проектирование схемы и производство платы.

Сигнал практически любой формы может

быть реализован с помощью
подкл
ю
чения линий ввода
-
вывода микроконтроллера к резистивному делителю

напр
я
жения
(параллельный цифро
-
аналоговый преобразователь

(ЦАП)
) [9
, 10
]
,
сигнал на выходе делителя сглаживается конденсатором и поступает на опер
а
ционный ус
илитель. Примерная схема дел
ителя пре
д
ставлена на рисунке 12
.


Рисунок

12



П
араллельный цифро
-
аналоговый преобразователь.

27

Требуемый уровень сигнала в каждый момент времени получают, под
а
вая на определённые линии ввода
-
вывода
высокий логический уровень
. Т
аким
образом
,

можно с достаточной то
ч
ностью получить любой уровень в диапазоне
от нуля до напряжения питания контроллера.

На практике в большинстве случаев достаточно использовать 8 линий
ввода
-
вывода для получения формы сигнала, близкой к идеальной.
Для
генер
а
ции сигнала и ряда других задач может быть выбран микроконтроллер
К1986ВЕ1QI фирмы «Миландр» [11]. У данной модели имеется встроенный
ЦАП,
следовательно,

резистивный делитель в этом случае не потребуется.
Для
большей стабильности частоты рекомендуетс
я подключить контроллер к ква
р
цевому резонатору в корпусе HC
-
49/U, рассчитанному на частоту 16 МГц.
Н
е
смотря на то, что микроконтроллер предназначен для авиационного примен
е
ния, его характеристики хорошо подходят для реализации многих функций,
выполня
е
мых

платой преобразования сигналов. Т
акже это позволит обеспечить
более высокий уровень совместимости изделия при использовании электрома
г
нитного
подвеса в летательных аппаратах; при более жёстких условиях эк
с
пл
у
атации может быть использован вариант
микро
кон
троллера в металлок
е
рам
и
ческом корпусе, температурный диапазон работы которого соста
в
ляет от
минус

60 до 125 ºС.

Однако пи
тание контроллера осуществляется напряжением 3

3.6 В, что
не позволяет его запитать напрямую от
преобразователя.

Поскольку точное
зна
чение потребляемого контроллером тока неизвестно,

но
согласно технич
е
ской

документации оно составляет не более 300 мА,

то для обеспечения тр
е
б
у
емого значения напряжения можно и
спользовать стабилизатор
К1278Ен3.3ЖП
, обладающий низкими потерями и номинальным

выходным т
о
ком
0.8

А [12].

Дополнительно следует установить конденсаторы на входе и
выходе микросх
е
мы, ёмкость которых соста
в
ляет 10 и 20 мкФ соответственно.

Ёмкость
сглаживающего конденсатора составляет 47 пФ и может быть
увеличена при использовании мень
шей разрядности

ЦАП.

С помощью опер
а
28

ционн
о
го усилителя можно реализовать сразу
3

функции: развязку источника
сигнала и нагрузки, усиление сигнала и смещение
его

по амплитуде для пол
у
чения сигнала требуемого вида. Схема подключения усилителя в этом с
лучае
п
ре
д
ставлена на рисунке 13
.



Рисунок

13



С
хема подключения операционного усилителя к
ЦАП
.


Так как сигнал необходимо сместить на величину, равную половине
а
м
плитуды, которая составляет 3.6 В
, то на точку искусственного
нуля следует
подать напряжение 1
.
8

В,

которое проще всего получить путём резистивного
делителя, состоящего
из двух прецизионных р
е
зисторов
, подключенных к цепи
питания 5 В.
На основании ряда стандартных номиналов сопротивлений рез
и
сторов E
192 [13]

их сопротивления могут быть
использованы

32 и 18

кОм соо
т
ветственно.

Для достижения большей симметрии сигнала резистор 32 кОм м
о
жет быть з
а
менён потенциометром 47 кОм.

Коэффициент усиления в данном случае определяется формулой
:


29








(1),


где



сопротивление обратной связи;



сопротивление между инверт
и
рующим входом и точкой искусственного нуля.
Поскольку далее планируе
т
ся
использование дополнительных операционных усилителей, то здесь можно
р
е
ализовать коэффициент усиления

ра
в
ный, например,
2.8
.

Тогда по формуле
(1)


.


На основании этого сопротивление резисторов

можно взять равным

18
кОм и 10

кОм соответственно.

Следовательно
,

выходной уровень сигнала
с
о
ставит

приблизительно
±5 В.

Поскольку тактовая
частота микроконтроллера может составлять до 144
МГц, то возможно удастся реализовать синусоидальн
ый сигнал без использ
о
вания ЦАП.
Например,

с помощью широтно
-
импульсной модуляции (ШИМ),
что позволит снизить использо
вание ресурсов микроконтроллера

и ускори
ть
обр
а
ботку информации.


Форма сигнала, который питает дат
чики положения, представлена на
р
и
сунке 14

и представляет собой две одинаковые синусоиды, находящиеся в пр
о
тивоф
а
зе.



30

Рисунок

14



И
зображение

сигнала, питающего датчики.


Неинвертированная синус
оида поступает на один контакт датчика, а
сдвинутая на 180
º



на другой.
П
олезный сигнал

снимается
с

третьего контакта
.
Схема подключения датчика пок
а
зана на рисунке 1
5
.



Рисунок

15



С
хема подключения датчика положения.


Описываемый сигнал можно получит
ь, например, с помощью трансфо
р
матора, подклю
чив его о
бмотки противофазно [14
], или операционного усил
и
теля, включенного по инвертир
у
ющей схеме

[15
]
. Очевидно, что реализация на
ОУ

значительно проще как в проектировании, так и в производстве.

В качестве
ус
илител
я может быть использован К157УД3
, являющийся
сдвоенным
мал
о
шум
ящим
ОУ

[16
], в
торой канал
которого

можно использовать для подключ
е
ния к ЦАП.

Стоит также отметить,
что рабочая полоса частот усилителей, и
с
пользуемых при проектировании
, значительно больш
е 20 кГц, что немаловажно
для качественного р
е
зультата проектирования.

Коэффициент усиления
ОУ

при

инвертирующей схеме включения опр
е
деляется следующим выражением:









(
2
),


31

где



сопротивление в

цепи обра
тной связи усилителя;




сопротивл
е
ние резистора, подключенного, к его входу. Для инвертирования синусоиды с
с
о
хранением её амплитуды требуется коэффициент усиления равный
минус
1.
Поэтому значения сопротивлений должны быть одинаковы
ми и могут быть
равны, например, 1 кОм.

Амплитуда
сигнала,
питающего
датчики положения

составляет около 30
В

(сумма синусоид с амплитудой 15 В, находящихся в противофазе, )
.

Для её
достижения можно использовать операционные усилители, работающие от
двуполя
рного питания
±
15 В
[1
7
]
, например
,

мощный сдвоенный усилитель
К1460УД2Р, который
часто применяется для работы с
индуктивны
ми

нагру
з
к
ами

[1
8
]. Среди преимуществ данного усилителя можно выделить наличие
двух каналов, что позволит реализовать нужный уровень
амплитуды сигнала
посре
д
ством одного усилителя, и постоянный выходной ток до 1 А.
Для расчёта
требуемого коэффициента усиления воспольз
уемся

следующей фо
р
мулой:









(
3
),


где



амплитуда на выходе усилите
ля;



амплитуда сигнала на его вх
о
де. Амплит
у
да на входе усилителя равна амплитуде на выходе
усилителя ЦАП
.
Тогда
:


.


Для получения
требуем
ого

коэффициент
а

усиления, следует выбрать н
о
миналы резисторов в обвяз
ке операционного усилителя на основе
выражения
(
3
).

Таким образом,
номиналы резисторов на входе и в цепи обратной связи для
каждого канала усилителя могут быть взяты, например
,

10 кОм и 30 кОм

соо
т
ветстве
н
но.
Однако выходное напряжение усилителя несколько
ниже уровня
32

его питания, его
максимальная
амплиту
да составляет не менее 14 В [19
], но
д
о
стичь 15 В не может. При реализации коэффициента усиления
,

равного
3
,

б
у
ду
т

наблюдаться небольшие нелинейные искажения в форме сигнала, что м
о
жет сказаться на качестве

работы датчика. Для недопущения появления нел
и
нейн
о
стей резистор
ы

в цепи обратной связи можно заменить

сдвоенным

поте
н
ци
о
метром
, либо двумя потенциометрами для установки равенства амплитуд
син
у
соид. Такое решение позволяет

отрегулировать коэфф
и
циент усиле
ния от
нуля до трёх. Это позволит избежать нелинейных искажений сигнала и достичь
ма
к
симально возможной амплитуды.

Для получения т
актовы
х

импульс
ов

прямоугольной формы
необходимо

использовать одну линию ввода
-
вывода микроконтроллера, на которую пери
о
дическ
и
подаётся

сигнал логического нуля и единицы, например с помощ
ью
ШИМ

или другого способа. Линию ввода
-
вывода следует подключить к опер
а
цио
н
ному усилителю, например, К140УД11
[20
]. Коэффициент усиления может
быть различен и зависит от

номинала

транзисторов
, используемых в фазочу
в
с
т
вител
ь
ных выпрямителях
.


3.2.
Расчёт усилителей мощности


Усилители мощности для сигналов датчиков положения можно реализ
о
вать на
ОУ
. Учитывая, что уровень
сигнала датчиков
положения составляет
около 8 В
, то усилители следует пр
оектировать с коэффициентом усиления н
е
сколько больше единицы, чтобы они не переходили в режим насыщ
е
ния. При
этом используемые усилители должны иметь двуполярное питание
±
15 В. О
д
ним из вариантов может быть установка потенциометров в цепь о
б
ратной связи
у
силителей для возможности последующей настройки коэффиц
и
ента усиления.
В том случае, если при испытании прототипа платы будет установлено, что
усилени
е

сигналов, поступающих с датчиков положения
,

не является необх
о
димым
, то впоследствии плата может быть ре
ализована без проектируемых
33

усилителей.

Для реализации усилителей можно использовать микросхему
К
157УД1
А
, представляющую собой

универсальный усилитель средней мо
щ
ности
[
21
]
. Выбор данной микросхемы обусловлен несколькими факторами:
максимальное синфазное
напряжение на входе составляет
±
20 В
, что обеспеч
и
вает запас, требуемый во избежание выхода усилителя из строя; выходной ток
микросхемы до 300 мА, а выходное напряжение соста
в
ляет не менее ±12 В.
Для
получения нужного коэффициента усиления при неинвертиру
ющей схеме
включения следует добавить потенциометр в цепь о
б
ратной связи

и резистор
между инвертирующим входом и общим
контактом [11]. Для такой схемы к
о
эффициент усиления определяется
аналогично форм
у
ле (1).

Поскольку требуемое значение коэффициента усиле
ния

неизвестно, но

он
предположительно должен быть
несколько больше единицы,
то
можно реал
и
зовать его изменение, например, в диапазоне от единицы до трёх, на тот случай,
если реальный входной сигнал окажется меньше 8 В.

Тогда на основании в
ы
ражения (1
) Отн
ошение максимального значения сопротивления потенциоме
т
ра к резистору должно составить
:



.


Пус
ть сопротивление резистора составляет

10 кОм, а потенциометра 20
кОм.

Из ряда номиналов Е6 выбирается потенциометр с
близким значением
с
о
пр
о
тивлени
я

22 кОм.


3.3.
Проектирование детекторов


Согласно [2] форма сигнала, поступающего с датчиков положения, п
о
вторяет форму одной из питающих синусоид, в зависимости от того, в к
аком
полож
е
нии находится ротор, а его а
мплитуда может изменяться от
0 до ±8 В.
34

Возможны
е варианты формы сигнала, поступающего с датчика полож
ения,
предста
в
лены на рисунке 16
.


Рисунок

16



В
иды сигнала, поступающие с датчика положения.


Детектор несущей
частоты,

представляет собой устройство, которое о
п
ределяет наличие ча
стоты 20 кГц. Для его реализации планируется следу
ю
щее
решение
:

п
ервичную обработку сигнала
выполняет

операционный усил
и
тель,
а
определять наличие частоты


микроконтроллер.

Одним из наиболее подходящих
ОУ

является К5
74
УД1А [
21
].

Макс
и
мальное значение синф
азного входного напряжения для данного усилителя с
о
ставляет
±30
В,
а дифференциального ±10 В,
что позволяет подключать его н
а
прямую к д
атчику. М
аксимальное выходное напряжение усилителя
составл
я
ет


±10 В.

Для предварительной обработки сигнала предлагается
использовать
два

таких усилителя на кажды
й датчик. Первый усилитель работает

в режиме ко
м
паратора и подавать на вход второго усилителя уровень сигнала либо 10 В,
либо


10 В, в зависимос
ти от текущей полярности напряжения
, пост
у
пающего
от датчика. Второй
усилитель
осуществляет

преобразование этого сигнала л
и
бо
в уровень логического нуля либо в напряжение
, близкое к напряжению п
и
тания
микроконтроллера, соответствующее уровню логической единицы
. Для этого
35

требуется
обеспечить

коэффициент усиления 0.15
,
а,

с
ледовательно, включить
усилитель по инвертирующей схеме, и подать на неинвертирующий вход ус
и
лителя
минус
10 В. Требуемый коэффициент
уси
ления можно пол
у
чить путём
подбора сопротивлений резисторов на основе выражения (2). Тогда ном
и
налы
сопротивлений из ря
да Е
6

[13
] могут быть взяты
100 кОм и 15

кОм для входа и
обратной связи соответственно. Наиболее простым способом для получения
уровня
минус
10 В
является резистивный делитель, подключенный одной ст
о
роной к 15 В, а другой


к
минус
15 В. Чтобы не влиять н
а симметрию нагру
з
ки, подключать резистивный делитель между общим проводом и
минус
15

В не
следует.

Падение напряжений на резисторах в делителе пропо
р
циональны их
сопротивлениям. Для того чтобы получить заданный уровень
,

сопротивления
резисторов следует вы
брать в пропорции 5:25, то есть 1:5.

Соответств
у
ющие
номиналы резисторов из ряда Е24 могут быть взяты 3.6 и 18 кОм соответстве
н
но.
Полученная схема предварительной обработк
и сигнала отр
а
жена на рисунке
17
.



Рис
унок

17



С
хема предварительной обработки с
игналов от датчиков полож
е
ния.


Таким образом, полученный
на выходе усилителя сигнал меняет

свой
уровень от 0 до 
3

В и обратно каждый раз, когда
уровень поступающего

с да
т
чика
напряжения
(частот
а которого совпадает с несущей) проходит

через ноль.
Это можн
о использовать для определения наличия несущей
частоты с пом
о
36

щью микроконтроллера. Сигнал с усилителя может быть подан на линию вв
о
да
-
вывода микроконтроллера и обработан с помощью прерываний. Напр
и
мер,
после настройки прерывания по каждому изменению логиче
ского уровня, ра
з
решения прерывания данного типа и его появления микроконтроллер запу
с
кает
таймер
-
счётчик, который считает до тех пор, пока не произойдёт следующее
прерывание. В этот момент он останавливается и сравнивает значение с зада
н
ным диапазоном, ес
ли значение близко к интервалу времени равному 25 мкс, то
об
рыва цепи нет. Е
сли же значение не попадает в заданный диапазон, то прои
з
водятся ещё несколько попыток измерения

(например две)
, и если они неуда
ч
ны, то контроллер посылает сигнал в плату управлен
ия данными об обрыве ц
е
пи и
включает соответствующий индикатор на плате. В том случае, если п
о
сле
разрешения прерывания оно не наступает в
течение,

например,

ста микрос
е
кунд, это также рассма
трив
а
ется как обрыв цепи.

В
ремя, которое
займёт

проверка наличия
несущей для всех датчиков
,

можно оценить по формуле:









(4),


где



время ожидания прерывания;




время обработки прерывания;




ко
личество попыток;




число опрашиваемых датчиков.
Максимально во
з
можное время при описанных условиях составит



с,


что относительно много для того, чтобы выполнялось
требуемое

быстроде
й
с
т
вие обратной связи. Но на практике достижение да
нного значения, ка
к и бли
з
ких к нему, крайне маловероятно.
Среднее время обработки прерываний
с
о
ставляет

около


37


с.


Это значение
способно обеспечить гораздо большее быстродействие.
Кроме того, между п
о
ступлением прерываний параллел
ьно с работой таймера
-
счётчика контроллер может выполнять другие операции, уменьшая время в
ы
полнения общей программы.


3.4
Разработка

фазочувствительных выпрямителей и фильтров


После усиления сигнал
ов

датчиков положения

их

необходимо преобраз
о
вать к
виду,

удобному для использования в системе управления. Для этого
удобно использовать демодулятор
ы,
т.е.

фазочувствительные

выпрямители

(ФЧВ)
, поскольку дополнительно усиливать сигнал
ы

не требуется, и
сглаж
и
в
а
ющие

фильт
ры.

Одним из вариантов реализации является
ФЧВ на операционном усил
и
теле. Для этого можно использовать
три

ОУ
, работающих по инвертирующей
схеме, транзистор, работающий в ключевом режиме, и
группу

резисторов.


Транзистор может быть использован ка
к

полевой, так и биполярный. П
о
скольку
необходимо обе
спечить работу
транзистор
а

в ключевом режиме, а ч
а
с
тота 20 кГц является относительно небольшой, то выбор полевого транз
и
стора
является оправданным.
Тогда могут

быть выбран
ы

транзистор
ы

КП364А

и
КП304А, параметры которых

[22, 23
] подходят для того, чтобы ис
пользовать
его в да
н
ной схеме.

На основе
выбранных транзисторов
,

могут быть рас
с
читаны параметры
ОУ
, на которы
е

поступают тактовые импульсы.

Т
актовые
импул
ь
сы,

так же как
и исходную синусоиду
,

следует сместить по амплитуде для создания переме
н
ного сигнала.

Амплитуда тактовых импульсов изначально равна напряжению
питания микроконтроллера, и если будет обеспечена
большая
выходная ампл
и
38

туда меандра, поступающего на затворы транзисторов (порядка 10 В), то прец
и
зионная точность в смещении импульсов по амплитуде
не требуе
т
ся.

Смещение реализуется по аналогии со схемой, представленной на рису
н
ке 14.
Для смещения тактовых импульсов на половину исходной амп
литуды
3.3 В, то есть на минус
1.65 В достаточно использовать резисторы с номин
а
лами из ряда Е24
,

равными 33 и

16 кОм соответственно.
Для достижения бол
ь
шой амплитуды микросхему К140УД11 можно в
ключить в режиме компарат
о
ра, при этом её выходное напряжение составит

до ±12 В
[19
].

Операционные усилители
для

ФЧВ
могут быть взяты 153УД501А.
Их
б
ольшой диапазон входных

напряжений, малые уровни шумов и смещения н
у
ля
[2
4
] способствуют повышению качества обработки
поступающей информ
а
ции
.

Сигнал с датчиков положения на разных стадиях обр
аботки представлен
на р
и
сунке 18
.



Рисунок

18



В
ид сигнала с датчиков положения на ра
зных стадиях его обр
а
ботки.


39

С
игнал через резисторы поступает на входы двух ФЧВ, а именно, на и
н
вертирующие входы двух усилителей
,

д
ля
последующей
обработки
.

На вых
о
дах ФЧВ сигналы имеют форму, изображённую на графиках 2 и 3 рисунка 17.
Далее они суммируют
ся и поступают на фильтр.

Поскольку на выходе усилит
е
лей полярнос
ть сигналов в любом случае получается

разная, то, чтобы сделать
её одинаковой используется третий
ОУ
.

Принцип работы ФЧВ на операцио
н
ном усилителе следующий: при поступлении на его вход перем
енного напр
я
жения параллельно с ним на той же частоте подаются синхронизирующие и
м
пульсы прямоугольной формы, которые поступают на затворы полевых транз
и
сторов.

Транзисторы включены таким образом, что один из них открывается при
отрицательном напряжении н
а затворе, а другой


при положительном.
В теч
е
ние того времени, пока транзистор открыт, он шунтирует неинвертирующий
вход усилителя на землю, и на выходе усилителя сохраняется амплитуда н
а
пряжения на его входе, но изменяется полярность. Когда транзистор з
акрыт,
разность потенциалов на входах усилителя близка к нулю

и на его выходе уст
а
навливается уровень тоже близкий к нулю. Таким образом, работа одного кан
а
ла ФЧВ подобна рабо
те диода, с той разницей, что средний уровень напряж
е
ния на выходе может принимат
ь отрицательные значения.
После ФЧВ выпря
м
ленные н
а
пряжения поступаю
т на резисторы, являющиеся частью RC
-
фильтра
и
затем сумм
и
руются.

Конденсатор сглаживает колебания уровня выходного сигнала, в резул
ь
тате чего
он пре
образуется для дальнейшего использован
ия.

Номиналы рез
и
сторов в обвязке первых двух усилителей, исходя из единичного коэффициента
усиления и наибольшего подавления входного сигнала при шунтировании
транзистором, могут быть равны 100 кОм. Сопротивления резист
о
ров в обвязке
третьего усилителя, р
аботающего в режиме инвертора можно взять 10 кОм.

Для
ограничения тока

на затворы транзис
торов подключаются к опорному генер
а
40

тору через резисторы, имеющие сопротивление 2 кОм каждый.

Согласно
[
25
]

п
араметры сглаживающего фильтра можно определить по усл
о
вию
:








(5),


где



сопротивление резистора;




ёмкость конденсатора;




частота.

За частоту в данном случае принимается частота пульсаций выходного
сигнала, к
от
орая в
2

раза больше исходной

синусоиды. Пусть

рав
няется

100
Ом, тогда:



нФ.


Таким образом, ёмкость фильтрующего конденсатора должна быть не
меньше этого знач
е
ния.

Принципиальная схема обработки сигнала от одного
датчика положения показана на рисунке 19.



41

Рисунок 19


Принципиальная схема канала обработки сигнала с датчика.


Ё
мкость фильтрующего конденсатора
можно взять
равной

1

мк
Ф, п
о
скольку на габаритах и цене к
омпонента это не скажется.

Но сильно завышать
это значение тоже не следует, так как это может повлиять на быстродействие
с
и
стемы.


3.5

Выбор счётчика импульсов и аналого
-
цифровых преобразоват
е
лей


Так как выбранный микроконтроллер имеет встроенный
двенад
цатира
з
рядный
АЦП
, который позволяет оцифровать данные, поступающие на
8
вне
ш
них каналов, то отдельные микросхемы АЦП не требуются. Поскольку требуе
т
ся подключить
четыре

основных датчика температуры и
четыре
резер
в
ных, то
они

могут быть подключены одноврем
енно, а выбор между основными и р
е
зервными датчиками
осуществляется

программно.

Электродвижущая сила (ЭДС), вырабатываемая термопарами
, может
быть слишком мала для точн
о
го определения температуры с помощью АЦП.
Решением данной проблемы может стать добавле
ние операционных усилителей
в цепь между датчиками температ
уры и входами микроконтроллера, например
К140УД17А. Это прец
и
зионный усилитель, к основным особенностям которого
относятся малые напряжения смещения нуля (не более ±75 мкВ), малый темп
е
ратурный дре
йф, а также защита входов и выходов от перегрузки [
26
].
Если
предположить, что максимальная ЭДС, вырабатываемая термопарами

и

соо
т
ветствующая макс
и
мально допусти
мой температуре
,

составит около 3
0 мВ, то
коэффициент усиления
может быть задан равным ста. При

использовании н
е
инвертирующего включения усилителя, соотношение номиналов сопротивл
е
ний в таком случае может быть определено из выражения (1). Т
о
гда:


4
2

.


Для упрощения определения номиналов резисторов в обвязке усилителя
можно задат
ь коэффициент усиления 101, при этом запас для возможности и
з
мерений при превышении темп
е
ратуры всё равно останется. В итоге:


.


Следовательно номинал


может

составлять 100 кОм, а



1 к
Ом.

Поскольку ЭДС, вырабатываемая датчиками температуры, не является
переменной величиной,

то
для уменьшения влияния помех перед усилителем
может установлен фильтрующий конденсатор ёмкостью
10

пикофарад.

При наличии существенных нел
инейностей температурной

кривой, пр
о
водится
дополнительное преобразование измеренного уровня ЭДС в темпер
а
туру, например с помощью таблицы соответствующих значений либо аппро
к
симации формулой. Данную обработку достаточно интегрировать в общую
программу микроконтроллера.

Схема пре
дварительной обработки сигнала с
датчика те
мпер
а
туры показана на рисунке 20
.



43

Рис
унок

20



принципиальная схема предварительной обработки сигнала с да
т
чика темпер
а
туры.


Данная схема реализована для всех датчиков температуры, как о
с
новных,
так и резервны
х
, что позволяет

одновременно подключить все датчики к выв
о
дам АЦП микроконтроллера и управлять
их
выбором программно.

Также
во
з
можна модификация программы таким образом
,

чтобы выбор датчиков мог
осуществляться не только микроконтроллером, но и через интер
фейс, с пом
о
щью которого контроллер взаимодействует с с
и
стемой.

Датчик скорости реализован посредством геркона и пассивного м
агнита,
закреплённого на роторе
.
Максимальная частота импульсов при условии того,
что один импульс соответствует одному обороту рот
ора, может быть найдена
по формуле:








(6),


где



максимальная скорость
вращения ротора.
Скорость, при которой во
з
никает экстренная остановка, составляет 9000 об/мин [27]. След
о
вательно:


Гц.



Это значение достаточно мало и может быть преобразовано
микр
о
ко
н
троллером в скорость
посредством прерываний
. Сделать это можно след
у
ющим
образом: в момент, когда магнит воздействует на геркон, который зам
ы
кает
цепь, сигнал поступает на

ключ, реализованный
с помощью полевого тра
н
з
и
стора, и, проходя через резистивный делитель, воспринимается микр
о
контро
л
лером как прерывание.

При возникновении прерывания микроконтро
л
лер з
а
пус
кает

таймер
-
счётчик, который
считает

до тех пор, пока не
поступит

сл
е
44

дующий импульс. Далее с помощью отсчитанного значения можно опред
е
лить
скорость вращения ротора. Учитывая, что частота работы герконов
,

как прав
и
ло
,

не может превышать 1000 Гц

[28]
,
можно определить минимальную дл
и
тельность управляющего импульса. Прибл
ижённо она может быть опред
е
лена
по следующей формуле:








(7),


где



максимальная частота коммутации геркона. Тогда:


с,


или 0.5 мс, что должно быть достаточно для замыкания ключа
и возникновения
прерывания.

Для повышения помехоустойч
ивости на датчик скорости может

п
о
даваться напряжение 24 В.


В качестве ключа использова
н
транзистор КП364А.
Высокий логический
ур
о
вень, соответствующий прерыванию, можно получить, подобрав номиналы
ре
зисторов в д
е
лителе так, чтобы на выходе делителя образовался потенциал 3
В.
Принципиальная схема описываемого схемотехнического решения пре
д
ставлена на рисунке 21.


45


Рисунок

21



С
хема обработки импульсов
с

датчика скорости
.


Для образования на делителе

потенциала 3 В

на одном резисторе пад
е
ние напряжения должно составить 3 В, а на другом


оставшаяся часть пит
а
ния.
Поскольку на ключ подаётся 24 В, то на втором резисторе падение напряж
е
ния составляет около 21 В (при выборе больших номиналов резисторов
сопр
о
тивлением ключа можно пренебречь). Исходя из этого, номиналы рез
и
сторов
могут составить 9.1 кОм и 63 кОм соответственно.

Для повышения надёжности
схемы импульсы на затвор ключа могут под
а
ваться
через резистор 1 кОм.

Для резервного датчика температуры
может быть построена такая же
схема, сигнал с кот
о
рой
поступает

на незадействованную линию ввода
-
вывода
микроконтроллера.


3.6.
Проектирование остальных узлов платы


С
истема контроля подключения всех необходим
ых кабел
ей может быть
реал
и
зована следующим обр
азом.

На каждом кабеле, подключаемом к плате,
два

крайних контакта соединены между собой проводом и используются для
создания перемычки. На плате по одному из соответствующих контактов си
г
нал поступает в подключенный к ней кабель, а по другому возвращается

в пл
а
ту и
п
е
редаётся

на следующий разъём посредством печатной дорожки. Один из
46

разъёмов используется для поступления сигнала на плату и передачи его др
у
гим узлам системы.
Так
им образом, в случае наличия не
подсоедин
е
нного к
плате кабеля цепь оказывается ра
зомкнутой и дальнейши
й запуск установки з
а
прещается.

Д
анную систему можно модернизировать и использовать в плате
сигнал от каждого кабеля для выявления

того, какой именно кабель не подкл
ю
чен и препятствует запуску
ЭМП
, и оповещения об этом пользователя (на
пр
и
мер, с помощью индикации и передачи информационных сообщений). Данный
подход позволит упростить диагностику и устранение неисправностей, особе
н
но в случае наличия частично подключенных к
а
белей.

Реализовать светодиодную индикацию на плате, информирующую
пол
ь
зователя о текущем состоянии платы

и получении информации датчиков, д
о
с
таточно просто путём подключения светодиодов к линиям ввода
-
вывода ми
к
роконтроллера. Для повышения информативности индикации могут быть и
с
пользованы двухцветные светодиоды. Светодио
ды, информирующие о наличие
питания
,

подключены напрямую к каналам питания через токоогранич
и
вающие
резисторы.

Цвет и описание каждого сигнала индикации пре
д
став
лены в табл
и
це 1.


Таблица 1


Описание сигналов и соответствующие им светодиоды.

Номер

светоди
о
да

Цвет индикации

Описание

1

Зелёный

Наличие питания 5 В

2

Зелёный

Наличие питания
±
15 В

3

Зелёный

Наличие питания 24 В

4

Зелёный

Наличие питания 3.3 В

5

Зелёный

Микроконтроллер включен

Мигающий зелёный

Выполнение программы микроконтроллера

6

З
елёный

Датчик положения № 1 работает

Красный

Обрыв цепи датчика положения № 1

7

Зелёный

Датчик положения № 2 работает

47

Красный

Обрыв цепи датчика положения № 2

8

Зелёный

Датчик положения № 3 работает

Красный

Обрыв цепи датчика положения № 3

9

Зелён
ый

Датчик положения № 4 работает

Красный

Обрыв цепи датчика положения № 4

10

Зелёный

Датчик положения № 5 работает

Красный

Обрыв цепи датчика положения № 5


Высокого логического уровня линий ввода
-
вывода микроконтроллера,
бли
зкого к напряжению его пи
тания и тока на каждой линии до 6 мА

[29]

д
о
с
таточно для зажигания светодиодов небольшой мощности. При этом рекоме
н
дуется установить токоограничивающие рез
и
сторы. Для удобства пользователя
светодиоды могут быть выведены на край платы и установлены перпенди
к
у
лярно ей.

Передача информационных сообщений реализуется посредством одного
из протоколов, используемых в системе шкафа управления.

Одним из инте
р
фейсов, используемым внутри шкафа является RS
-
232 [3]. Его можно испол
ь
зовать для передачи информационных со
обще
ний в плату управления данными.

В
озможна
также
реализация передачи посредством других интерфейсов,
например Ethernet или UART.

Предлагается использовать одиннадцатиби
т
ный
информационный кадр, включающий в себя старт
-
бит,
8

бит данных, бит ко
н
троля чётн
ости и стоп
-
бит. Бит контроля
чётности
может быть установлен в
единицу при нечётном количестве единиц в битах данных. Скорость передачи
может быть выбрана 9600 бод. Такая конфигурация соответствует использу
е
мому в шкафе
протоколу

MODBUS [5].

Передаваемые с
ообщения предполож
и
тельно
могут

состоять из восьми кадров. Описание кадров и составляющих их
бит
ов представлено в таблице 1 Приложения А.
Биты в таблице пр
о
нумерованы
в порядке их передачи.

48

Для того чтобы получить возможность передачи сообщений о наличии
п
итания требуется передать эту информацию в микроконтроллер. Для этого м
о
гут быть применены
три

делителя напряжения, состоящие из двух резисторов
каждый и подключенные к линиям ввода
-
вывода микроконтроллера. При опр
о
се линий и наличии на них высокого логиче
ского уровня микроконтроллер во
с
принимает

это, как наличие одного из каналов питания. При низком уровне на
опрашиваемой линии фик
сируется

отсутст
вие питания в одном из к
а
налов.

Схема подключения делителей подобна той, что представлена на рисунке
21.

Н
омина
лы рассчитываются исходя из напряжения, учитывая то, что на вход
контроллера
подано 3 В. Тогда д
ля канала 24 В могут быть взяты те же н
о
миналы что и для схемы, обрабатывающей импульсы с датчика скорости, то
есть 9.1 кОм и 63 кОм.
В канале ±15 В делитель
строится между точками н
а
пряжения 15 В и

15 В, создавая потенциал в средней точке 3 В относ
и
тел
ь
но общего провода.
Сопротивления резисторов, соста
в
ляющих делитель, таким
образом, могут быть взяты 24 и 36 кОм. Для дополнительной надёжности си
г
нал на лини
и ввода
-
вывода может быть подан через резисторы сопротивл
е
нием
несколько килоом, например 20.

Интерфейс

RS
-
232
может быть использован минимальный трёхпрово
д
ной. Один провод используется для определения уровня сигнальной земли,
второй для передачи данных, а

третий для их приёма. Для реализации инте
р
фейса
потребуется реализовать отрицательные уровни напряжения при перед
а
че инфо
р
мации, чего можно добиться с помощью операционных усилителей.
Так как уровень логического нуля для передатчика составляет от 5 до 2
5 В, а
логической единицы


от

25 до

5 В

[30]
, то усилитель, используемый для п
е
редачи может быть включен в режиме компаратора и сравнивать пост
у
пающий
сигнал с уровнем около 1.5 В.
Номинальные сопротивления резисторов в д
е
лителе при таком выходном напр
яжении и входном напряжении 5В по ряду
Е12 выбираются 12 кОм и 27 кОм соответственно.
Таким образом при п
о
даче с
контроллера на вход усилителя высокого логического уровня приблиз
и
те
льно
49

3 В на выходе усилителя он

близок к его положительному уровню питани
я, а
при подаче логического нуля на выходе уровень близкий к отрицательному н
а
пряжению питания усилителя.
Уровень напряжения 1.5 В достигается с п
о
мощью резистивного делителя. Операционный усилитель может быть взята
микросхема К157УД1А.
Принимаемый сигнал

также должен быть
преобраз
о
ван с помощью усилителей
.
Сначала ставится усилитель, работа
ю
щий в режиме
компаратора, он позвол
яет

преобразовать положительные и отрицательные
уровни напряжения в
заданные значения, равные его максимальному выходн
о
му напряжению
. При выборе усилителя К574УД1А это значение с
о
став
ляет

±10
В. Далее это значение уменьшается примерно до ±1.5 В с помощью делителя
напряжения. Его резисторы в данном случае могут быть взяты 68 и 12 кОм.

П
о
сле дел
ителя сигнал поступает на второй

ОУ
,

наприм
ер,

КР574УД3 [31],
раб
о
тающий по неинвертирующей схеме с единичным коэффициентом усиления.
Он сдвигает сигнал по амплитуде на 1.
5 В. Для этого его инверт
и
рующий

вход
подключается через резистор к точке с потенциалом
м
и
нус
1.5 В, полученной с
помощью делит
еля, сопротивления которого могут быть взяты 27 и 33 кОм с
о
ответственно. Сопротивления в обвязке ОУ выбир
а
ются равными 10 кОм.

В
итоге на линию ввода
-
вывода микроконтроллера подаётся сигнал,
уровень л
о
гического нуля

которого близок к нулю,
а логической ед
иницы к 3 В.

Ск
о
рость передачи 9600 бод планируется реализовать программным путём.

Реал
и
зация интер
фейса представлена на рисунке 22
.


50


Рис
унок

22



С
хема реализации интерфейса RS
-
232.


Во избежание непредвиденных ситуаций во время запуска установки
,

ц
е
ле
сообразно предусмотреть возможность подачи синусоидального сигнала п
о
сле наступления установившегося режима работы компонентов, уст
а
новления
рабочего уровня питания и начала работы программы микроконтро
л
лера после
его запуска. Для её реализации достаточно

пр
о
граммно запускать генерацию
синусоид
ы

и меандра через небольшой промежуток времени после запуска у
с
тановки.
Предположительно в течение одной секунды

после подачи питания
переходные

процессы завершатся, и наступит установившийся режим работы.
По истечени
и этого времени можно
начинать генерацию периодических сигн
а
лов
.


3.7. С
оставление полной принципиальной схемы платы


На основе разработанных ранее блоков составляется полная схема

эле
к
трическая

принципиальная
платы

преобразования сигналов
.
Дополнительно
т
ребуется выбрать разъёмы для подключения проводов. Для этого необходимо
о
п
ределиться с количеством подводимых к плате проводов.

51

Проводов питания для трёх каналов должно быть
5
. Для питания датч
и
ков положения требуется
10

проводов


по
два

провода на кажды
й. Для снятия
с них пок
азаний достаточно пяти проводов, а для передачи преобразованных
сигналов


6
, поскольку рекомендуется добавить общий провод.

Основной и
резервный датчики скорости требуют в
четыре

провода


по двум подаётся п
и
тание на датчики и с дву
х снимаются показания. Подключение восьми терм
о
пар потребует
16

проводов.

Также требуется разъём для передачи данных по интерфейсу RS
-
232, в
качестве которого можно использовать стандартный д
е
вятиштырьковый разъём
типа Sub
-
D, используемый в шкафу управлен
ия.

Дополнительно в каждом раз
ъ
ёме требуется наличие двух контактов для
реализации системы предотвращения запуска шкафа при неподключенных к
а
белях.

Связь с другими узлами при этом может быть осуществлена, например,
при помощи неиспользуемых
пр
о
водов в ин
терфейсе RS
-
232.


На рисунке 23
упрощённо

представлен внешний вид данного решения со
стороны
платы,

а также один из вариантов разъёма с защёлк
а
ми.

Таким образом, для питания платы требуется разъём с семью конта
ктами.
Д
ля питания датчиков положения

необходи
мо

12 контактов
, для снятия
с
их
показаний и передачи обработанного сигнала
7

и
8

соответственно. Подключ
е
ние датчиков скорости п
о
требует
6

проводов, а подключение термопар


18
.


52


Рисунок 23


У
прощённая схема системы предотвращения запуска подвеса при
наличии неподключенных кабелей.


Микроконтроллер цел
есообразно установить на панель

для упрощения
процесса его извлечения при необходимости установки в отладочную плату и
модификации программы.
Для

повышения надёжности контакта в готовых ус
т
ройствах микрок
онтроллер может быть впаян непосредственно в плату. Так как
панель

отечественного производства

для выбранного
микро
контроллера найти
достаточно сложно, то
между производителем платы
и
производителем испол
ь
зуемого в ней микроконтроллера может быть заключён
договор, вкл
ю
чающий в
себя не только поставку микроконтроллеров, но и панел
ей
. Стоит отметить, что
в отладочных платах для используемой модели контроллера, п
о
ставляемых тем
же производи
телем, соответствующие панел
и установлены [32]. Поскольку у
с
тановка па
нели не влияет на
по
строение схемы

электрич
е
ской
принципиальной
,

то она в ней не изображается

и в перечне элементов не у
каз
ывается.

Полная схема
электрическая
принципиальная
платы представлена в пр
и
ложении Б.


3.8
.
Составление перечня элементов


53

На основе
использованных в плате элементов составляется их
перечень.

Все постоянные резисторы могут быть использованы С2
-
33
М, а в случае ряда
Е192 С2
-
29В

ВП

[
33, 34
]
.
Потенциометры могут быть взяты
СП5
-
3
[
35
]
.

Кроме описанных конденсаторов дополнительные конденсатор
ы требуе
т
ся установить по питанию
микроконтроллера (их ёмкости берутся 22 мкФ и 0.1
мкФ [29]),
рядом с каждым ОУ

(их ёмкость мо
жет составлять 0.1 мкФ),
эле
к
тролитические конденсаторы на каналы п
и
тания (по 100 мкФ)
.

Конденсаторы,
имеющие ёмкость до 1 мкФ вк
лючительно, могут быть выбраны К10
-
17б, ко
н
денсатор ёмкостью 22 мкФ

и 10 мкФ



К1
0
-
84б

[
36
]
,
конденсатор 20 мкФ на
выходе стабилизатора напряжения может быть заменён на К10
-
84б ёмкостью
22 мкФ,
а ёмкостью 100 мкФ К50
-
68 [
37
].

Двухцветные светодиоды
можно
использовать КИПД18 Д
-
М

[
38
],

а зел
ё
ные КИПД21 В
-
Л [
39
].

После выбора светодиодов могут быть рассчитаны н
о
миналы соответствующих резисторов для их подключения к линиям пит
а
ния.

Для упрощения расчётов был использован калькулятор [
40
]. Результаты вычи
с
лений
получились следующими:
для напряжения 5 В номинал резистора с
о
ставляет 470 Ом, для напряжения ± 15 В


4.7 кОм, для напряжения 24 В


3.6
кОм, а для напряжения 3.3 В


150 Ом. Следовательно, для светодиодов, по
д
ключаемых к линиям ввода
-
вывода микроконтр
оллера тоже используются р
е
зисторы номиналом 150 Ом.

Одним из наиболее близких

отечественных разъёмов

питания, котор
ый
удалось найти, является вариант ОНП
-
ВС
-
39 с восьмью контактами

[
4
1
]
.
По
д
ключение датчиков скорости и термопар может быть объединено в од
ин раз
ъ
ём, тогда общее количес
тво требующихся контактов составлет

на
2

меньше и
равно

22
. Разъём для подключения описанных датчиков может быть взят
ОНП
-
КГ
-
56
-
В53

(вилка на
24

контакта), для питания датчиков положения может
быть использован тот же разъём,
но на
16

контактов, для снятия показаний с
этих датчиков и передачи обработанного сигнала


разъёмы на
10

контактов

54

[
42
]
.
В качестве отечественного аналога разъёма типа
Sub
-
D

для интерфейса
RS
-
232
подходит
СНП101
-
9РП
-
32 [43].

Перечень элементов, из которых

состоит схема платы, представлен в пр
и
лож
е
нии В.


3.9.
Программа испытаний на стенде


С целью упрощения диагностики платы, на неё в процессе производства
могут быть добавлены контрольные точки, представляющие собой сквозные
металл
и
зированные отверстия, с
подведёнными к ним печатными дорожками
.

Они могут быть использованы для поиска неисправностей и проверки к
а
чества
работы отдельных узлов.

Предлагаемая программа испытаний содержит
8

тестов:



Тест питания
,



Тест генерации сигналов
,



Тест о
бработк
и сигналов с д
атчиков положения

и наличия несущей
,



Тест обработки

импульсов с датчиков скорости
,



Тест обработки ин
формации с датчиков температуры
,



Тест передачи данных по интерфейсу Rs
-
232
,



Тест автоматическо
го переключения между датчиками
.

Тест питания

и последующие
тесты представляю
т собой подключение
платы к источнику питания 5 ±15 и 24В. При
выполнении теста питания
на
плате должны загореться индикаторы соответствующих напряжений
, напряж
е
ния 3.3 В
и индикатор микроконтроллера.

При выполнении теста генерации сигн
алов плата по
дключается к

осци
л
лографу. Приблизительно через 1 с после подачи питания на осциллографе,
подключенном сначала к контрольной точке генерации
меандра,

а затем по
очереди к
точкам двух генерируемых синусоид

должен наблюдаться чистый
сигнал соо
т
в
етствующей формы и частоты.

55

Тест наличия несущей предполагает использование двух одинаковых к
а
тушек индуктивности, подобных тем, из которых состоят датчики положения.
Катушки подключаются
по очереди
к линии питания для каждого датчика и
контакту на плате,
предназначенному для снятия
его

показаний.
К выводам
разъёма для передачи обработанного сигнала подключатся осциллограф.
При
воздействии на катушки металлическим предметом индикатор соответству
ю
щего датчик
а должен гореть зелёным светом, а напряжение, измер
яемое осци
л
лографом изменяться в положительную или отрицательную сторону, в завис
и
мости от того, на какую катушку оказывается большее воздействие. Видимых
пульсаций напряжения при этом быть не должно.

При отсутствии сигнала с
датчика (искусственном обрыве
цепи)
соответствующий ему
индикатор должен
заг
о
реться красным

светом
.

Тест обработки им
пульсов с датчика скорости

подразумевает использ
о
вание осциллографа, который подключается к контрольным точкам, соединё
н
ным
с
дорожками сигналов прерывания микроконтро
ллера
, и низкочастотного
генер
а
тора меандра, подключенного к выводам, предназначенным для снятия
показаний с датчика
.
При подаче с генератора меандра частоты 500 Гц с а
м
плитудой до 12 В (размах сигнала должен составлять от 0 до 24 В) на выводы,
предн
а
зна
ченные для приёма импульсов с датчиков скорости на контрольных
точках должны возникать импульсы с соответствующей частотой.

Выполнение теста обработки информации с термопар требует использ
о
вание термопары, которую в процессе выполнения теста нагревают. Тер
мопара
по очереди подключается к соответствующим восьми датчикам температуры
каналам. Соответственно подключению термопары к контрольным точкам, с
о
единённым с дорожками входов АЦП контроллера подкл
ю
чается мультиметр в
режиме измерения постоянного напряжени
я. При нагревании термопары изм
е
ряемое мультиметром напряжение должно увеличиваться.

Для
проведения теста передачи данных по интерфейсу RS
-
232 требуется
наличие устройства с данным интерфейсом, например, персональный компь
ю
56

тер (ПК). При этом к плате также

подключаются катушки индуктивности, ген
е
ратор меандра и термопара. Их подключение и использование подобно пред
ы
дущим тестам. После подключения всего перечисленного на ПК открывается
программное обеспечение и производится тест приёма информации с платы.
До
лжны успешно приниматься все
8

информационных кадров, зн
а
чения

бит в которых отражают те, что приведены в таблице 1 приложения А.

Выполнение теста переключения между датчиками связано с предыд
у
щим тестом и является его продолжением.
При выполнении теста г
енератор
сигналов на время отключают, а термопару нагревают или охлаждают до того
состояния, которое воспринимается микроконтроллером, как недопустимая
температура. При этом через некоторое время должно произойти переключение
микроконтроллера с основных да
тчиков на резервные, что также должно отр
а
жаться в передаваемых по интерфейсу RS
-
232 информационных сообщениях.

Стоит также добавить, что во избежание выхода из строя компонентов
платы вследствие воздействия статического электричества, перед проведением
те
стов на руку следует надеть антистатический
браслет, который подсое
дин
я
ется

к точке нулевого потенциала платы.



Таким образом, основными т
ребования
ми

к стенду

являются нал
и
чие
:



и
сточника питания
+
5

±
15
+
24 В
;



о
сциллографа
;



м
ультиметра
;



н
изкочастотного ген
ератора меандра
;



у
стройства с интерфейсом RS
-
232, например, ПК
;



д
вух одинаковых катушек индуктивности с параметрами, близкими к
датчикам положения
;



т
ермопар
ы
;



анти
статического

браслет
а
.


Выводы
:

57

Спроектированы блоки, составляющие плату преобразования сигна
лов,
разработана полная схема

электрическая
принципиальная платы, приведён п
е
речень элементов, а также предложена программа испытаний на стенде с выр
а
боткой тр
е
бований к нему.

Для генерации сигнала и ряда других задач выбран микроконтроллер
К1986ВЕ1QI фирм
ы «Миландр»

с
кварцев
ым

резонатор
ом

в корп
у
се HC
-
49/U

(
16 МГц
) и
стабилизатор
ом

К1278Ен3.3ЖП, обладающи
м

низкими потерями и
номинальным выходным т
о
ком 0.8 А
.

Выбор микроконтроллера обоснован его
многофункциональностью, а также высокой производительностью,
что немал
о
важно для надёжной работы системы.

Усилители мощности сигналов датчиков положения
спроектированы

с
использов
анием

микросхем
ы

К157УД1А
, а д
етектор для опр
е
деления наличия
несущей частоты


с использованием
К574УД1А
.
Обе микросхемы подобраны
по на
иболее подходящим для выполняемых ими функций техническим хара
к
теристикам.

Использование операционного усилителя
153УД501А

в
фазочу
в
с
т
вительных элемен
тах

способствуют увели
ченному

диапазон
у

входных напр
я
жений,
низкому

уровн
ю

шумов и смещени
ю

нуля
, что

повы
ш
ает

качеств
о

о
б
работки поступающей информ
а
ции.

58

ГЛАВА IV. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ



4.1. Электромагнитная совместимость платы с условиями

эксплуатации



В качестве темы дополнительного раздела выбран вопрос электромагни
т
ной совм
е
стимости проектируе
мой платы с условиями эксплуатации в шкафу
управления электрома
г
нитным подвесом.


Шкаф управления, в который устанавливается плата преобразования си
г
налов, пре
д
назначен для эксплуатации преимущественно в производственных
помещениях. Требования к условиям э
ксплуатации шкафа управления пре
д
ставлены в таблице
2
.


Таблица
2



условия эксплуатации шкафа управления электромагнитным по
д
весом.

Степень защиты

IP 54

Температура эксплуатации

от 5
º
C до 40
º
C

Температура хранения

от
минус
25
º
C до 55
º
C

Относительная

влажность

до 70 %

Высота над уровнем моря

д
о 1000 м.



Очевидно, что всем требованиям, кроме степени защиты, должна соо
т
ветствовать и разрабатываемая плата. Поскольку степенью защиты обладает
непосредственно шкаф, вну
т
ри которого находятся электронные к
омпоненты и
платы, то они, а, следовательно, и плата преобразования сигналов могут обл
а
дать меньшей степенью защиты.


В помещении, используемом для эксплуатации шкафа управления, пом
и
мо него могут существовать другие источники электромагнитных помех. Их
вл
ияние не должно сказыват
ь
ся на работе подвеса в целом и разрабатываемой
платы в частности.

59


Согласно ГОСТ Р 51317.2.5
-
2000 [
4
4
], места размещения технических
средств разделяются на
8

классов в зависимости от уровня электрома
г
нитной
совместимости. Шкаф упра
вления может находиться вблизи промы
ш
ленных
устройств большой мощности, быть расположен вблизи переключающих и
разъединяющих устройств среднего и высокого напряжения, вблизи к
а
белей
среднего напряжения, а при использовании в области тяжёлой промышленн
о
сти


рядом с оборудованием электрической дуговой сварки. В месте эксплу
а
тации шкафа управления, особенно при установке в производственном пом
е
щении, возможны
:

подключение других силовых установок, применение эле
к
трических приводов большой мощности, использова
ние разъединяющих в
ы
ключателей и большие токи короткого замыкания на землю. Кроме того, неп
о
средственно шкаф управления электромагнитным подвесом является устро
й
с
т
вом, работающим от источников постоянного тока при внезапном отключ
е
нии
основного источника п
итания. Питание шкафа осуществляется через по
д
зе
м
ные кабели (или кабели, расположенные под полом производственного п
о
м
е
щения). Также шкаф осуществляет переключение индуктивных нагрузок (сил
о
вых обмоток активных магнитных подшипников). Исходя из этих данных
,
можно сделать вывод о том, что рассматриваемый подвес относится к пятому
классу мест размещения, который является типичным для техн
и
ческих средств,
расположенных на предприятиях тяжёлой промышленности. На основании эт
о
го можно сделать ряд заключений.

Пла
та должна функционировать в штатном режиме при определённых
уровнях низкочасто
т
ных помех, наведённых от подводящих питание кабелей.
Значения уровней помех привед
е
ны в таблице
3
.






60

Таблица
3



Максимально допустимые уровни наведённых низкочастотных помех
, дейс
т
в
у
ющих на плату преобразования сигналов при номинальном режиме работы.

Уровни наведённых помех в вольтах

Частота сети и частоты гарм
о
ник

Порт ввода
-
вывода сигн
а
лов

Порт заземл
е
ния

От 50 Гц до 1 кГц

1

20

0.5

10

От 1 до 20 кГц

1

0.5


Работоспособн
ость платы должна обеспечиваться и при других видах
электр
о
магнитных помех, воздействующих на порты ввода
-
вывода сигналов.
Виды этих помех и их максимальные значения приведены в таблице
4
.


Таблица
4



Высокочастотные помехи, влияющие на порты ввода
-
вывода

сигналов, и их
максимально допустимые значения.

Вид помехи

Частота или длительность

Значение

Высокочастотные кондуктивные н
а
ведённые непрерывные колебания

10

150 кГц

10 В, 70 мА

0.1

30 МГц

30 В, 210 мА

30

150 МГц

3 В, 21 мА

Высокочастотные кондуктив
ные
апериодические электр
о
магнитные
помехи

Наносекундной длительности

1 кВ

Микросекундной длительности

(в ближней зоне)

4 кВ

Микросекундной длительн
ости

(в дальней зоне)

1.5 кВ

Высокочастотные кондуктивные

к
о
лебательные, переходные помехи

Высокой част
оты

1 кВ

Средней частоты

2 кВ


Однако описанные выше уровни помех относятся к установке в целом, и,
поскольку плата преобразования находится в металлическом шкафу, выпо
л
н
я
ющем функцию защитного экрана, то эти значения могут быть ниже. В том
случае, есл
и при максимальных значениях указанных помех нормальная работа
платы не обеспечивается, то она может быть помещена в защитный экран
и
р
у
ющий кожух, а сигнальные кабели, обеспечивающие передачу данных д
о
61

по
л
нительно экранированы либо снабжены ферритовыми кольц
ами для сниж
е
ния влияния электромагнитных помех.


4.2. Испы
тания

платы

на электромагнитную
совместимость и

пом
е
хоустойчивость



Согласно ГОСТ Р 51317.4.1
-
2000 [
4
5
], существует перечень испытаний
технических средств на электромагнитную совместимость и помех
оустойч
и
вость. Для спроектированного узла в составе электромагнитного подвеса р
а
ц
и
онально разработать программу, состоящую из следующих испытаний:



устойчивость к излучаемым радиочастотным электромагнитным полям
,



устойчивость к кондуктивным помехам, предста
вляющим собой общие
несимметричные напряжения,
в полосе частот от 0 до 150 кГц,



устойчивость к наносекундным импульсным помехам
,



устойчивость к кондуктивным помехам, наведённым радиочастотными
электромагнитными полями
,



устойчивость к магнитному полю промыш
ленной частоты
.

Далее приведены основные треб
ования к первым двум испытаниям

как наиб
о
лее важным для рассматриваемой установки.

Испытание на устойчивость к излучаемым радиочастотным электрома
г
нитным полям предназначено для оценки качества работы техническо
го сре
д
ства при воздействии на него радиочастотных электромагнитных полей [
4
6
].
Поскольку место эксплуатации подвеса представляет собой типичную пр
о
мышленную зону, то оно относится к третьему классу условий электромагни
т
ной обстановки. На основе этого факт
ора выбирается третья степень жёсткости
и
с
пытаний. Для данной степени жёсткости на полосе частот от 80 до 1000 МГц
напряжённость испытательного поля немодулированного сигнала должна с
о
ставить 10 В/м или 140 дБ относительно 1 мкВ/м. Для воспроизведения усло
вий
воздействия помех, приближенным к реальным, указанная величина сигнала
62

должна быть модулирована по амплитуде синусоид
ой
, частота которо
й

соста
в
ляет 1 кГц. Гл
у
бина модуляции составляет 80%. Степень жёсткости испытаний
на устойч
и
вость к помехоэмиссии от
цифровых радиотелефонов также следует
выбрать третью, поскольку сбои в работе подвеса, возник
ающ
ие в результате
помех от радиотелефонов
,

недопустимы. Тогда напряжённость поля в отсу
т
с
т
вии модуляции составит 10 В/м (140 дБ относительно 1 мкВ/м), а максимал
ь
ное
среднеквадратичное значение напряжённости 18 В/м. Следует выполнить м
о
дуляцию для указанной величины сигнала с теми же параметрами для пр
и
бл
и
жения условий к реальным. Полосы частот, используемые при данном и
с
пыт
а
нии, с
о
ставляют 800

960 МГц и 1.4

2 ГГц.

Поскольку шкаф управления является напольным и относительно ма
с
сивным техническим средством, то при испытаниях он устанавливается только
на н
е
проводящую подставку толщиной 0.1 м. Платформа высотой 0.8 метра для
проведения испытания не используется. Дополн
ительные сведения о провед
е
нии описанного испытания могут быть найдены в [
4
6
].


Испытание на устойчивость к кондуктивным помехам, которые предста
в
ляют собой общие несимметричные напряжения в полосе частот от 0 до

150 кГц, позволяет оценить воздейств
ие помех, подобных тем, которые возн
и
кают в силовых кабелях, расположенных вблизи шкафа управления, при прот
е
кании через них электрического тока [
4
7
]. Степень жёсткости данного испыт
а
ния определяется преимущественно на основе места размещения технического
средства и окружающей электромагнитной обстановки. В данном случае на
и
более близкой является третья степень жёсткости, так как подвес ориент
и
рован
пр
е
имущественно на ра
боту

в промышленной обстановке.

Испытание на устойчивость к данному виду помех подраздел
яется на две
части. Первая


испытание на воздействие постоянного тока и по
мехи частотой
50 Гц. А вторая


испытание на воздействие помех

частотой от 15 Гц до

150 кГц.
Первая часть испытания в свою очередь состоит из двух составля
ю
щих: испытание пр
и воздействии длительных помех и испытание при возде
й
с
т
63

вии кратковременных помех. В первом случае среднеквадратичное значение
напряжения холостого хода составляет 10 В, а во втором


30. Длительность
воздействия кратковременн
ых помех должна составлять 1 с.

Вторая часть и
с
пытания


оценка устойчивости подвеса к воздействию длительных помех в
полосе частот 15 Гц


150 кГц



проводится при испытательных напряжен
и
ях,
указанных в та
б
лице
5
.


Таблица
5



Величины испытательных напряжений в зависимости от частот п
о
мехи.

Полоса частот

15

150 Гц

150 Гц

1.5 кГц

1.5

15 кГц

15

150 кГц

Испытательное
напряжение, В

10

1

1

1

10

10


В таблице
5
приведено среднеквадратическое значение напряжения хол
о
стого хода.

Изменение напряжения от частоты, описанное в таблице, предста
в
л
ено на рисунке
24
.



Рисунок

24



График изменения испытательного напряжения от частоты.


Прочие сведения о проведении данного испытания указаны
в [
4
7
].

След
у
ет также отметить, что все испытания платы на электромагнитную совмест
и
мость и помехоустойчивость следует проводить в составе со шкафом управл
е
ния по нескольким причинам. Во первых, это позвол
яет

учесть влияние, кот
о
64

рое оказывают на плату дру
г
ие узлы шкафа. Во вторых, учитывается

влияние
экранирующего металлического корпуса шкафа управления, снижающего во
з
действия помех. И в третьих, испытания всего шкафа позволя
ют

оценить кач
е
ство функционир
о
вания остальных его блоков в тех же условиях.

Програ
мма испытаний должна быть проведена при условиях окружа
ю
щей среды, соотве
т
ствующих тем, которые приведены в таблице
2
.


Выводы
:

Изучены условия эксплуатации шкафа управления и определён класс
мест размещения электромагнитного подвеса. Составлена программа
испыт
а
ний для разработанной платы в составе электромагнитного подвеса на электр
о
магни
т
ную совместимость и помехоустойчивость. Описано проведение

двух
наиболее важных
для данной установки
испытаний
.

65

ЗАКЛЮЧЕНИЕ



В ходе выполнения ВКР
были и
зучены особеннос
ти строения и принципы
работы узлов электромагнитного подвеса и внешний вид его ча
стей, рассмотр
е
ны

области его применения и преимущества магнитных подшипников перед
другими вида
ми, исследована

структура платы преобразования сигналов и её
функциональные ос
обенности. На основе технического задания и изученной и
н
формации
были
определены требования, предъ
являемые к

проектированию

пл
а
ты
. На о
с
нове требований
было
выполнено проектирование схемы оригинальной
платы преобразования сигналов

и предл
ожена программа ис
пытаний платы,

как
на испытательном стенде, так и в составе электромагнитного подвеса. Дополн
и
тельно был сформулирован ряд рекомендаций по её проектированию, диагн
о
стике и использов
а
нию
.

Были получены следующие результаты: пр
и проектировании
схемы
уд
а
лось
добиться полного замещения импортной элементной базы отечестве
н
ной,
получена готовая схема платы, в полном объёме выполняющая все функции и
м
портного а
налога, разработана программа испытаний, позволяющая выполнять
диагностику платы, её проверку на работоспо
собность
и оценку качества работы
в

условиях
, приближенным к реальным условиям эксплуатации.

На основании результатов могут быть сделаны следующие выводы: с
пр
о
ектированная схема, мо
жет

быть использована при разработке

прототипа
полн
о
стью
отечественной плат
ы преобразования сигналов

и последующего произво
д
ства данного узла шкафа управления электромагнитным подвесом,

работа
также
может быть использована для изучения принципов обработки сигнала и прое
к
тирования
связанных с ней
устройств.




66

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫ
Х ИСТОЧНИКОВ



1.

Стоцкая, А.Д. «Разработка и исследовани
е системы управления положен
и
ем

ротора в электромагнитном подвесе»,
Диссертация на соиск
а
ние ученой

степени кандидата технических наук, Санкт
-
Петербург, 2013г.

2.

Р.Д.
Введение в магнитные под
весы. Е300/
30 Шкаф электронного

упра
в
ления.

3.

Р.Д.
Е300/30 Стойка управления
магнитным подвесом. Техническая

д
ок
у
ментация S2M.

4.

Энциклопедия по машиностроению XXL. Магнитные подшипники.

[Эле
к
тронный ресурс]. U
RL
:
http://mash
-
xxl.info/info/472667/ (дата обращения:
10.05
.2017).

5.

Р.Д. Е300/30 Шкаф управления магнитными подшипниками. Руково
д
ство

пользователя.

6.

Р.Д. Шкаф управления
E
300/30. Руководство по эксплуатации. 13.08.2008.

7.

ЗАО «ЧИП и ДИП»
.

[Электронный ресурс]. U
RL
:
www.chipdip.ru

(дата о
б
ращения 11.05.2017)
.

8.

Радиоэлектроника, схемы и статьи радиолюбителям.
Функциональный г
е
нератор на микросхеме К176ЛА7.
[Электронный ресурс]. U
RL
:
http://radiostorage.net/?area=news/3021
(дата обращения 21.05.2017).

9.

Easy

electronics
. Электроника для
всех.
Параллельный Цифро Анал
о
говый
Преобразователь по схеме R
-
2R.
[Электронный ресурс]. U
RL
:
http
:/
/
easyele

ctronics
.
ru
/
parallelnyj
-
cifro
-
analogovyj
-
preobrazovatel
-
po
-
sxeme
-
r
-
2
r
.
html


а
та обращения 24.05.2017).

10.

СМИ Сайт
-
ПАЯЛЬНИК
. Генератор сигналов на МК

ATtiny2313.

[Эле
к
тронный ресурс]. U
RL
:
htt://cxem.net/mc/mc203.h (дата обращения
24.05.2017).

67

11.

Компания «Миландр». Микроконтроллер К1986ВЕ1QI. [Электронный р
е
сурс].

U
RL
:

http
://
ic
.
milandr
.
ru
/
products
/
mikrokontrollery
_
i
_
protsessory
/

32_
razryadnye
_
m
ik
roko
ntrollery
/1986
vekh
_
avia
/
k
1986
ve
1
t
/ (дата обр
а
щения
26.05.2017).

12.

Научно
-
технический центр схемотехники и интегральных технологий.
Россия, Брянск. К1278ЕНхх.
[Электронный ресурс]. U
RL
:
http
://
www
.
promelec
.
ru
/
UPLOAD
/
fck
/
image
/
lines
_
pict
/
sit
/1278
en
2.
pdf

(дата
обращения 26.05.2017).

13.

От катода до анода. Номиналы резисторов
[Электронный ресурс]. U
RL
:
http://katod
-
anod.ru/articles/2 (д
а
та обращения 26.05.2017).

14.

Википедия. Свободная энциклопедия. Сдвиг фаз.
[Электронный р
е
сурс].
U
RL
:
htts://ru.ikiedia.org/iki/Сд
виг_фаз (дата обращения 22
.05.2017).

15.

СМИ Сайт
-
ПАЯЛЬНИК.

Практическое применение операционных усил
и
телей. Часть первая.
[Электронный ресурс]. U
RL
:
htt://cxem.net/beginner/beginner42.h (дата обращения 23.05.2017).

16.

CHIPINFO
-

электронные компоненты и радио
детали для радиолюб
и
телей.
К157УД3
-

сдвоенный малошумящий операционный усилитель.
[Эле
к
тронный ресурс]. U
RL
:
http
://
www
.
chipinfo
.
ru
/
dsheets
/
ic
/157/157
ud
3.
html

(
дата обращения

24
.05.2017).

17.

Практическая электроника. Научно
-
практическое пособие по эле
к
троник
е.
Операционный усилитель.
[Электронный ресурс]. U
RL
:
http
://
www
.
meanders
.
ru
/
oper
_
usilitel
.
shtml

(дата обр
а
щения 22.05.2017).

18.

Научно
-
технический центр схемотехники и интегральных технологий.
Россия, Брянск. К1460УД2.
[Электронный ресурс]. U
RL
:
http
://
www
.
p
romelec
.
ru
/
UPLOAD
/
fck
/
image
/
lines
_
pict
/
sit
/1460
ud
2
r
.
pdf

(дата
обращения 23.05.2017).

19.

CHIPINFO
-

электронные компоненты и радиодетали для радиолюб
и
телей.
К140УД11
-

быстродействующий операционный усилитель
.

[Электронный
68

ресурс]. U
RL
:
http://www.chipinfo.ru/
dsheets/ic/140/ud11.html (дата обращ
е
ния 25.05.2017).

20.

CHIPINFO
-

электронные компоненты и радиодетали для радиолюб
и
те
-
лей.К157УД1
-

универсальный операционный усилитель средней мощн
о
сти
[Электронный ресурс]. U
RL
:
http
://
www
.
chipinfo
.
ru
/
/
ic
/157/157
ud
1.
html

(дата обращения

23.05.2017).

21.

Справочник по радиодеталям. К574УД1(А


В), КР574УД1 (А


В)
[Эле
к
тронный ресурс].
URL:

chment.php?id=414942

(
дата

обращения

24
.05.2017).

22.

ЗАО «ЧИП и ДИП». КП364.
[Элек
тронный ресурс]. U
RL
:
https
://
lib
.
chipdip
.
ru
/031/
DOC
001031202.
pdf

(дата обращения 25.05.2017).

23.

Компания "Электроника и связь". Транзистор КП304А.
[Электронный р
е
сурс]. U
RL
:
http
://
www
.
eandc
.
ru
/
catalog
/
.
php
?
ID
9242 (дата обращения
26.05.2017).

24.

Рижский

завод полупроводниковых приборов. Рига, Латвия. (К)153УД501
(К)153УД5.
[Электронный ресурс]. U
RL
:
http
://
www
.
alfarzpp
.
ru
/
rus
/

sc
/153
ud
5.
pdf

(дата обращения 25.05.2017).

25.

VT
-
TECH
. Расчёт
RC
-
фильтров.
[Электронный ресурс]. U
RL
:
https://vt
-
tech.eu/articles/ca
lculators/165
-
simple
-
rc
-
filters.html (дата обращения
25.05.2017).

26.

АО "Восход"
-

Калужский радиоламповый завод. Прецизионный операц
и
онный усилитель К140УД17А(Б), К140УД1701А(Б).
[Электронный р
е
сурс]. U
RL
:
http
://
www
.
voshod
-
krlz
.
ru
/
files
/
/
K
140
UD
17
A
.
pdf

(дата
обр
а
щения

26.05.2017).

27.

Р.Д. Е300/30 Шкаф управления магнитными подшипниками. Технически
е

характеристики. 13.07.2010.

69

28.

Электрик Инфо
.

Герконы: способы управления, примеры использ
о
вания.
[Электронный ресурс]. U
RL
:
http://electrik.info/main/school/
419
-
gerkony
-
sposoby
-
upravleniya.html

(да
та
о
б
ращения 26.05.2017).

29.

Компания «Миландр». Спецификация. 32
-
разрядный контроллер для ави
а
ционного применения К1986ВЕ1QI.
[Электронный ресурс]. U
RL
:
http://ic.milandr.ru/upload/iblock/99f/99f74da953b04d24a73da45ae1
730faa.pdf

(дата обращения 27.05.2017).

30.

"РЫНОК МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ". Обзор стандарта RS
-
232.
[Электро
н
ный ресурс]. U
RL
:
http://www.gaw.ru/html.cgi/txt/interface/rs232/start.htm

(дата о
б
ращения 27.05.2017).

31.

ЗАО «ЧИП и ДИП».
КР574УД3, б
ыстродействующий, малошум
ящий оп
е
рационный усилитель.
[Электронный ресурс]. U
RL
:
https://www.chipdip.ru/product/kr574ud3
-
1992 (дата обращения 28.05.2017).

32.

Компания «Миландр». Отладочный комплект для микроконтроллера
1986ВЕ1Т.
[Электронный ресурс]. U
RL
:
http
://
ic
.
milandr
.
ru
/
product
s
/
pro

grammno
_
otladochnye
_
sredstva
/
otladochnye
_
komplekty
/
otladochnyy
_
komplek
t
_
dlya
_
mikrokontrollera
_1986
ve
1
t
/

(дата о
б
ращения 28.05.2017).

33.

Непубличное акционерное общество "Ресурс". Резисторы С2
-
33м.
[Эле
к
тронный ресурс].
URL:
https://aoresurs.com/catalog/

istory/rezistory
-
s2
-
33m/

(
дата

обращения

28.05.2017).

34.

Непубличное акционерное общество "Ресурс".
Резисторы С2
-
29В ВП (к
а
тегория качества «ВП»).
[Электронный ресурс]. U
RL
:
https
://
aoresurs
.
com
/
catalog
/
_
rezistory
/
rezist
ory
-
s
2
-
29
v
-
vp
-
kategoriya
-
kachestva
-
vp
-

(дата обращения 28.05.2017).

35.

ОАО "Рикор Электроникс". Резистор СП5
-
2 Переменные проволочные
подстроечные резисторы.
[Электронный ресурс]. U
RL
:
http
://
www
.
rikor
-
electronics
.
ru
/
item
_11.
html

(дата обращения 28.05.2017).

36.

ОАО "ВЗРД "Монолит"". Каталог многослойных керамических конденс
а
торов.
[Электронный ресурс]. U
RL
:
http
://
www
.
monolit
.
vitebsk
.
by
/
upload
/
70

iblock
/4
dc
/4
dc
3707250
dbe
22888
c
78
c
4
b
6

5
be
5305.
pdf

(дата обращения
28.05.2017).

37.

ОАО "Элеконд". Оксидно
-
электролитический
алюминиевый конде
н
сатор
К50
-
68.
[Электронный ресурс]. U
RL
:
http
://
www
.
elecond
.
ru
/
k
50_68.
php


а
та обр
а
щения 28.05.2017).

38.

АО «Планета СИД». Светодиод КИПД 18.
[Электронный ресурс]. U
RL
:
htts://lanetasid.ru/diod.h?id39 (дата о
б
ращения 28.05.2017).

39.

СМИ
Сайт
-
ПАЯЛЬНИК. Расчет светодиодов


калькулятор.
[Эле
к
тронный
ресурс]. U
RL
:
htt://cxem.net/calc/ledcalc.h (дата обращения 29.05.2017).

40.

АО «Планета СИД». Светодиод КИПД 21.
[Электронный ресурс]. U
RL
:
htts://lanetasid.ru/diod.h?id28 (дата о
б
ращения 2
8.05.2017).

41.

Описание соединителей ОНП
-
ВС.
[Электронный ресурс]. U
RL
:
http
://
www
.
tkd
.
com
.
ua
/
photos
/
texts
/
item
1968_
orig
_2368.
jpg

(дата обр
а
щения
28.05.2017).

42.

Описание соединителей ОНП
-
КГ
-
56.
[Электронный ресурс]. U
RL
:
http
://
www
.
tkd
.
com
.
ua
/
photos
/
texts
/
item
1
690_
orig
_1918.
jpg

(дата обр
а
щения
28.05.2017).

43.

Интернет
-
Магазин радиодеталей "Гулливер". Разъём СН Разъём СНП101
-
9РП
-
32.
[Электронный ресурс]. U
RL
:
https://tda2000.ru/catalog/razem_sn/
-
1092008/ (дата обращения 29.05.2017).

44.

ГОСТ Р 51317.2.5
-
2000 (МЭК 61000
-
2
-
5
-
95) Совместимость технических
средств электромагнитная. Электромагнитная обстановка. Классификация
электромагнитных помех в местах размещения технических средств

[Электронный ресурс]. U
RL
:
www
.
docs.cntd.ru/document/1200008261

(дата
обращения 17.05.2017).

45.

ГОСТ Р 51317.4.1
-
2000

Совместимость технических средств
электромагнитная. Испытания на помехоустойчивость. Виды испытаний

[Электронный ресурс]. U
RL
:
.eeiki.ru/iki/ГОСТ_Р_51317.4.1
-
2000
(да
та обращения 17.05.2017).

71

46.

ГОСТ Р 51317.4.3
-
99 Совместимость технических средств
электромагнитная. Устойчивость к радиочастотному электромагнитному
полю. Требования и методы испытаний

[Электронный ресурс]. U
RL
:
www
.eeiki.ru/iki/ГОСТ_Р_51317.4.3
-
99

(дата обращения 18.05.2017)
.

47.

ГОСТ Р 51317.4.16
-
2000 (МЭК 61000
-
4
-
16
-
98) Совместимость технических
средств электромагнитная. Устойчивость к кондуктивным помехам в
полосе частот от 0 до 150 кГц. Требован
ия и методы испытаний

[Электронный ресурс]. U
RL
:
http://docs.cntd.ru/document/1200008262

(дата
обращения 18.05.2017).

48.

ГОСТ 2.701
-
2008 Единая система конструкторской документации (ЕСКД).
Схемы. Виды и типы. Общие требования к выполнению

[Электронный
ресурс]
. U
RL
:
http://docs.cntd.ru/document/1200069439
(дата обращения
29.05.2017).

49.

Группа компаний "Симметрон"
. Резонаторы отечественного прои
з
водства.

[Электронный ресурс]. U
RL
:

rezonator.pdf
(дата обращения 29.05.20
17).

50.

SoftElectro
. Создание принципиальных схем. Обозначение элементов на
принципиальных схемах.

[Электронный ресурс]. U
RL
:
http://www.softelectro.ru/5_1.html
(дата обращения 29.05.2017).



72

ПРИЛОЖЕНИЕ А


Таблица 1


Описание информационного сообщения, пер
едаваемого в плату
управления да
н
ными.

Н
о
мер
кадра

Описание
ка
д
ра

Номер
б
и
та

Значение
б
и
та

Описание бита

1

Информ
а
ция о нал
и
чии пит
а
ния
и н
е
сущей

0

0

Обрыв цепи Датчика №

1

1

Наличие несущей датчика

№ 1

1

0

Обрыв цепи Датчика №

2

1

Наличие несу
щей датчика

№ 2

2

0

Обрыв цепи Датчика №

3

1

Наличие несущей датчика

№ 3

3

0

Обрыв цепи Датчика №

4

1

Наличие несущей датчика

№ 4

4

0

Обрыв цепи Датчика №

5

1

Наличие несущей датчика

№ 5

5

0

Отсутствие напряжения ±15 В

1

Наличие

напряжения ±15 В

6

0

Отсутствие напряжения 24 В

1

Наличие напряжения 24 В

2

Информ
а
ция об и
с
пользу
е
мых
датчиках
температ
у
ры и её зн
а
чении

0

0

Зна
чение температуры

датчика № 1

недопустимое

1

Значение температуры

датчика № 1 нормал
ь
ное

1

0

Зна
чение температуры

датчика № 2

недопустимое

1

Значение температуры

датчика № 2 нормал
ь
ное

2

0

Зна
чение температуры

датчика № 3

недопустимое

1

Значение температуры

датчика № 3 нормал
ь
ное




Продолжение таблицы 1
.

73

Н
о
мер
кадра

Описание

ка
д
ра

Н
о
м
ер
б
и
та

Знач
е
ние
б
и
та

Описание бита

2

Информация
об использу
е
мых датч
и
ках
темпер
а
туры и
её значении

3

0

Зна
чение температуры

датчика № 4

недопуст
и
мое

1

Значение температуры

датчика № 4 но
р
мальное

4

0

Используется резервный датчик температ
у
ры

№ 1

1

Используется основной датчик темп
е
ратуры № 1

5

0

Используется резервный датчик температ
у
ры

№ 2

1

Используется основной датчик темп
е
ратуры № 2

6

0

Используется резервный датчик температ
у
ры

№ 3

1

Используется основной датчик темп
е
ратуры № 3

7

0

Используется резервный датчик температ
у
ры

№ 4

1

Используется основной датчик темп
е
ратуры № 4

3

Информация о
значении ск
о
рости, испол
ь
зуемом датч
и
ке ск
о
рости и
значение ск
о
рости

0

0

Значение скорости недопустимое

1

Значение скорости нормаль
ное

1

0

Используется резервный датчик ск
о
рости

1

Используется основной датчик скор
о
сти

2


7



Значение скорости

(старшая часть)

4

Значение

ск
о
рости

0


7



Значение скорости

(младшая часть)

5

Значение те
м
пературы да
т
чика № 1

0


7



Значение т
емпературы

датчика № 1





Окончание

таблицы 1.

74

Номер
кадра

Описание ка
д
ра

Номер
бита

Значение бита

Описание бита

6

Значение темп
е
ратуры

датчика
№ 2

0


7



Значение температуры

датчика № 2

7

Значение темп
е
ратуры

датчика
№ 3

0


7



Значение температуры

датчика № 3

8

Значение темп
е
ратуры
датчика
№ 4

0


7



Зна
чение температуры

датчика № 4


74




ПРИЛОЖЕНИЕ Б


Схема
электрическая принципиальная


74


ПРИЛОЖЕНИЕ В


Таблица 1


Перечень элеме
н
тов.

Поз.

о
бозна
-
чение

Наименование

Кол
.

Примечание


Резисторы



R
1
-
R10

С2
-
33м
-
0.125
4.7
кОм 1%

10


R11
-
R14,
R16, R18

С2
-
33м
-
0.25
1

кОм 1%

6


R
15,
R
17

С2
-
33м
-
0.25
16

кОм 1%

2


R
18
-
R
25

С2
-
33м
-
0.25
32

кОм 1%

8


R
26
-
R
54

С2
-
29В
-
0.125 10 кОм 1%

28



Конденсаторы



C
1
-
C
5

К10
-
17б 1 нФ 10%

5


C
6,
C
7

К10
-
17б 1 мкФ 10%

2


C
8,
C
9

К10
-
84б

10 мкФ 10%

2


C
10
-
C
14

К50
-
68 10 Ф 10%

5



Транзисторы



VT1
-
VT10

П361А

10



Светодиоды



HL
1

КИПД18 Д
-
М

1


HL
2

КИПД21 В
-
Л

1



Операционные усилители



DA1


К140УД17А

1


DA2

К153УД5

1


DA3

1460УД2Р

1


DA4

157УД3

1



Микроконтролле
р



D1

К1986ВЕ1Q

1



Разъёмы



74


X1
-
X5

ОНП
-
КГ
-
56
-
В53

5




Приложенные файлы

  • pdf 15222418
    Размер файла: 2 MB Загрузок: 0

Добавить комментарий