Автоматизированная загрузка бетоносмесителя

Размещено на http://www.allbest.ru/

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ВЫСШЕЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ

ПРИДНЕПРОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА И АРХИТЕКТУРЫ

Кафедра автоматики и электротехники

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

На тему:

"Автоматизированная загрузка бетоносмесителя"

Студент 5 курса АУТП-13-2c группы

Мельник Д. В.

Руководитель: к.т.н. Чумак Л. И.

г. Днепропетровск

2013 г

Оглавление

Введение

1. Анализ задания на курсовой проект

2. Описание технологического процесса

3. Описание работы контактной схемы

4. Описание работы бесконтактной схемы

5. Расчет и выбор элементов системы

6. Расчет блока питания

7. Расчет надежности

Выводы

Литература

Приложение

автоматический сигнал контактный питание

Введение

Автоматизация производства является одним из основных факторов научно-технической революции, открывающей перед человечеством беспредельные возможности преобразования природы, создания огромных материальных богатств, умножения творческих способностей человека. Автоматизация меняет характер труда человека, который берет на себя функции технического обслуживания и введения предписаний, необходимых для заданного функционирования автоматической системы.

Инженеры различных специальностей, решая задачу комплексной механизации, выбирают необходимый комплекс машин и аппаратов, обеспечивающих требуемые технологический и технико-экономический эффекты. Но во многих случаях простой набор машин и аппаратов еще не может обеспечить их рациональное использование, и возникает задача, связанная с управлением их работой в комплексе.

Задачи управления многими технологическими процессами в настоящее время путем их автоматизации, при которой человек передает функции управления техническим средствам, обеспечивающим выдачу командных сигналов, необходимых для заданного хода технологического процесса. Следовательно, инженер должен иметь представление о возможностях автоматики и задачах, которые она решает, о технических средствах, применяемых в строительстве, и о функционировании автоматических систем в различных областях строительства инженерных сооружений. Эти задания необходимы ему для того, чтобы правильно ставить задачи по автоматизации технологических процессов, более правильно выбрать комплекс строительных машин или оборудования с учетом их взаимной связи в процессе работы и возможностей автоматического управления ими.[1]

1. Анализ задания на курсовой проект

Заданием на курсовой проект предусмотрена разработка системы загрузки компонентов бетонной смеси. Система должна обеспечить:

Автоматическую подачу сигнала при загрузке компонентов;

Автоматическую подачу компонентов бетонной смеси в заданном порядке - сначала загружаются щебень и песок, а затем, когда эти компоненты загружены, должны подаваться цемент и вода;

В случае если щебень и песок не загружены остальные компоненты не должны подаваться в бункер.

2. Описание технологического процесса

Процесс дозирования и выгрузки отдозированных компонентов бетонной смеси является важной составной частью процесса производства бетонной смеси.

Одним из факторов влияющих на качество приготовленной бетонной смеси является порядок загрузки компонентов бетонной смеси в бетоносмеситель. В данном технологическом процессе производства бетонной смеси - цемент и вода должны поступать из бункеров дозаторов в бетоносмеситель только после того, как туда поступят песок и щебень.

Процесс производства бетонной смеси начинается с загрузки компонентов в дозаторы. Затем когда массы компонентов достигают значений, установленных рецептурным соотношением компонентов бетонной смеси, датчики массы подают сигнал об окончании процесса дозирования. Затворы бункеров и вентиль подачи воды закрываются. Затем устройство управления загрузкой компонентов в бетоносмеситель начинает загрузку компонентов. Сначала загружаются песок и щебень, а затем, если компоненты уже загружены, начинается загрузка цемента и воды. Через определенное время, которое уходит на приготовление бетонной смеси, готовая смесь выгружается и начинается загрузка новой порции отдозированных компонентов. Дозирование же новой порции начинается сразу после загрузки компонентов в бетоносмеситель.

3. Синтез бесконтактного устройства управления

Постановка задачи: разработать на базе микросхем серии К176 автоматическое устройство, обеспечивающее загрузку компонентов бетонной смеси в заданном порядке (все элементы поступают в бункер при условии что туда поступили щебень и песок).

Анализ задачи: устройство представляет собой комбинационную схему (однотактную схему), т.к. входной сигнал не зависит ни от последовательности подачи входных сигналов, ни от внутренних состояний разрабатываемого устройства, а зависит только от комбинации входных сигналов. Устройство должно содержать четыре входа (А, В, С,D) и один выход (У).

Обозначим устройство управления загрузкой в виде "черного ящика", - т.е. устройства, внутренняя структура которого неизвестна.

Рис. 3.1. Схема устройства в виде "черного ящика"

Полагая "У" =1, если пусковое устройство разрешает загрузку цемента и воды и "У" = 0, если загрузка запрещена, выключена. Вход "А" соответствует команде на загрузку песка, "В" - щебня, "С" - цемента, "D" - воды.

Полагая, команде на загрузку компонента соответствует уровень логической "1", а на запрет загрузки - уровень логического "0", составим таблицу истинности:

Таблица 3.1.

Пользуясь полученной таблицей истинности производим синтез устройства, т.е составляем логическое выражение, контактную и бесконтактную схемы.

ABCD+ABCD+ABCD+ABCD=Y

AB=Y

Таким образом для разрешения загрузки воды и цемента необходимы сигналы на загрузку щебня и песка.

Составленная контактная схема устройства (рис.3.2) будет работать следующим образом: при нажатии выключателя SB1 напряжение поступает на катушки магнитных пускателей КМ 1 и КМ2 которые включают электромагниты, начинающие загрузку щебня и песка. Если уже отдозированы песок и щебень, то размыкаются контакты датчиков массы WE1 и WE2 и подается питание на магнитные пускатели КМЗ и КМ4, которые отвечают за загрузку цемента и воды. Также при нажатии выключателя SB1 питание поступает в цепь питания световой и звуковой сигнализации.

Контакты WE1-WE4 это контакты датчиков массы, которые замыкаются в том случае, если компоненты бетонной смеси отдозированы и готовы к загрузке в бетоносмеситель.

В схеме предусмотрена световая сигнализация загрузки компонентов бетонной смеси (лампа HL1), и звуковая сигнализация начала процесса загрузки (гудок НА 1).

Рис.3.2. Контактная принципиальная электрическая схема устройства.

4. Описание принципиальной электрической схемы

Для управления электромагнитами на выходе устройства управления необходимо предусмотреть тиристорный ключ, который будет коммутировать цепи питания электромагнитов, отвечающих за загрузку компонентов. Также необходимо предусмотреть защиту от дребезга контактов на входе устройства управления, и гальваническую развязку цепей устройства от силовых цепей питания электромагнитов.

Для реализации логического устройства управления потребовалось шесть инверторов, четыре формирователей импульсов (триггеров Шмидта), два логических элементов 4И-НЕ.

Принципиальная электрическая схема состоит из логического блока на микросхемах DD1-DD3, узла управления электромагнитами. Логический блок получает сигналы через выключатель SB1 и контактов датчиков массы WE1-WE3 через разъем ХР1. Выключатель SВ1 предназначен для подачи сигнала начала загрузки компонентов.

При замыкании выключателя SВ1 сигнал через формирователи импульсов DD1.1 и DD1.2 приходит на логический элемент 4И-НЕ DD3.1. В том случае, если с датчиков массы приходят сигналы, показывающие что песок и щебень уже отдозированы, на выходе логических элементов появляется сигналы, по которым начинается выгрузка этих компонентов.

Затем сигнал, необходимый для выгрузки песка и щебеня, поступает на логический элемент 4И-НЕ DD3.2 отвечающий за загрузку цемента и воды и в том случае если щебень, песок уже оттдозированы и если также на этот элемент поступили сигналы с датчиков массы, то начинается выгрузка цемента и соответственно воды.

Гальваническая развязка, предназначенная для защиты устройства управления от помех и коммутационных скачков напряжения, реализована на диодных оптронах. Когда из устройства управления приходит сигнал свето- диод оптрона начинает излучать световой поток, фотодиод открывается и замыкает цепь подачи напряжения на управляющий электрод тиристора, тиристор открывается и тем самым включает электромагнит.

5. Расчет и выбор элементов системы

Для реализации разработанной принципиальной электрической схемы управления были выбраны следующие микросхемы серии К176 и К1564 (триггер Шмидта был взят из серии К1564 по причине отсутствия его аналога в серии К176):



Преобразователь уровня с инверсией

Рис. 5.2. Микросхема К176ПУ2.

Два логических элемента 4 И-НЕ

Рис. 5.3. Микросхема К176ЛА8.

Для коммутации электромагнитов выбираем тиристор КУ208Г, имеющий ток открытия 100 мА, коммутируемое напряжение 220В, коммутируемый ток до 10 А

Для гальванической развязки выбираем оптроны АОУ103Н, которые имеют максимальный рабочий ток 500 мА, рабочее напряжение до 220В.

Резисторы R9, R10 выбираем исходя из соотношения

I_{y ?} отсюда R_{9 =}

Принимая Rн = 100 Ом, получим R₈ = - 100 = 2200 Ом

Резисторы, ограничивающие входной ток поступающий с контактов датчиков на триггера Шмидта DDI, R1-R5 выбираются исходя из максимального входного тока микросхемы DDI равного 20 мА:

R₁ = R₂ = R₃ = R₄ = R₅= = Ом

Принимаем резисторы R1-R5 типа MJIT-0,125-500 Ом

Резисторы, ограничивающие входной ток оптронов выбираются исходя из значения этого тока и максимального значения напряжения, подаваемого на оптрон. Поскольку напряжение на оптрон подается с микросхем КМОП- логики, то его максимальное значение может достигать 9 В, а минимальное - 6 В. Максимальный входной ток оптрона со стороны светодиода составляет 12 мА. Исходя из этого сопротивление резисторов R7, R11, R15, R19 равно:

R₇ = R₁₁ = R₁₅ = R₁₉ = = = 750 Ом

Принимаем резисторы R7, R11, R15, R19, R23 типа МЛТ-0,125-1 кОм В качестве электромагнитного исполнительного механизма выбирается электромагнит типа ЭВ-3 с потребляемой мощностью 600 Вт и напряжением питания 220 В. Выбор исполнительного механизма осуществляется в соответствии с максимальным ходом штока, который у данного типа электромагнитов достигает 50 мм, что считается достаточным для загрузки компонентов и по моменту сообщаемому штоку электромагнита, составляющему не менее 100 Нм.

6. Расчет блока питания

Исходными данными для расчета мощности блока питания, является потребляемые токи микросхем устройства регулирования уровня изображенного на листе, таблица 6.1.

Таблица 6.1.

Для стабилизации выпрямленного напряжения, получаемого с блока питания выбирается компенсационный стабилизатор, со стабилизируемым напряжением 9В и током до 0,2А и принимаем выходное напряжение трансформатора равным 14 В.

Таким образом, исходными данными для расчета блока питания принимаем следующие данные

1. Номинальное выходное напряжение (+14 В).

2. Номинальный выходной ток (0,2 А).

Определяем по приближенным формулам (табл. VIII.5) [5]

U_обр ? 1,5*14 = 21 В; I_ср =0,2/1=0,1 A; I_m ? 3.5*0.2 = 0.7 A

Выбираем диодную сборку типа КЦ410А, для которой I_np.m = З А;

U_oбp.m ⁼ 75 В; U_np = 1,2 В.

Определяем R_н = 14 / 0,2 = 70 Ом;

Сопротивление обмоток трансформатора

r_тр = 0.1*R_н = 0,1*70=7 Ом;

Прямое сопротивление выпрямительных диодов

R_пр = U_пр/3 I_ср = 1.2/3*0,1=4 Ом;

Активное сопротивление фазы выпрямителя

r = r_тр +2 r_пр = 4+2*7 = 18 Ом;

Из стандартного ряда емкостей (ряд Е24) выбирается электролитический конденсатор с номинальной емкостью С = 0,67мкФ и номинальным напряжением 25В (К50-16-25В-Н50-0,67мкФ) [4].

Выполняем расчет трансформатора блока питания

1. Определяем ток первичной обмотки

I₁ = I₁₍₂₎+I₁₍₃₎+…+ I_1(n)=

где i -- порядковый номер обмотки; I_1i= -составляющие тока первичной обмотки, обусловленные токами соответствующих вторичных обмоток.

I₁=I₁₂ = =

2. Определяется габаритная мощность трансформатора

Р_г =

где ? -- КПД трансформатора. При габаритной мощности менее

20 В*А можно принимать ? = 0,75...0,95, при Р_г = 20 Вт и более --

? = 0,9...0,95.

Р_г = = 3,4 Вт

3. Определяем произведение

S_mS_ok ?

где Sм -- средняя площадь сечения магнитной цепи, см² ; S ок -- плoщадь окна магнитопровода, см² ; Р_г= 3,4 -- мощность, Вт ; f =50 - частота питающей сети, Гц; Вт = 1.5 - амплитуда магнитной индукции в магнитопроводе, Тл; j=4 - плотность тока в обмотках, А/мм² ; k_ок =0,22 - коэффициент заполнения окна магнитопровода; k_м =0,7 - коэффициент заполнения сталью сечения магнитопровода; k_ф =1,11 - коэффициент формы кривой напряжения.

4.Выбираем магнитопровод типа Ш16?8 со следующими размерами

l = 6мм; B =8мм; l₁=6 мм; h=15 мм; H=21мм; S_м= 2,22 см² ;

Для броневого магнитопровода должно выполнятся условие Bll₁h>S_м S_ок

6*8*6*15=4.32>3.73

5. Определяется число витков первичной обмотки

w₁ = = = 2617

и вторичной обмотки.

w₁ = = = 166

где U_i = 14 - напряжение на 2-й обмотке, В; = 12 - допустимое относительное падение напряжения на i-й обмотке, % ; - частота, Гц;

В_т=1.5-- амплитуда магнитной индукции, Тл; S_M=2.22 -- площадь сечения магнитной цепи, см².

6. Определяются диаметры проводов обмоток

d₁ = 1.13

d₂ = 1.13

где I_i - ток в обмотке, А; j - плотность тока, А/ мм.

Число витков в слое обмотки:

w_cл1 =

w_cл2 = , где

h - высота окна, мм;

- толщина материала каркаса, мм;

- диаметр проводника с изоляцией, мм.

Количество слоев обмотки:

n_{сл1 =}

n_{сл2 =}

Толщина обмотки:

n_сл1*87*0,26=2,3

n_сл2*11*0,53=5,8

Расчет схемы компенсационного стабилизатора

Рис. 6.1. Схема компенсационного стабилизатора.

Данная схема состоит из регулирующего элемента, источника опорного напряжения и усилителя обратной связи. Роль регулирующего элемента играет комплиментарный транзистор (состоит из 2х транзисторов VТ2 и VТЗ). Источник опорного напряжения -VD1R1,R2VТ1. Усилитель обратной связи - R4VD2VТ4,R5R6R7.

Исходные данные для расчета

Номинальное выходное напряжение Uн , В		9
Номинальный ток нагрузки 1н , А		0,2
Коэффициент пульсаций Кп , %		0,01
Коэффициент стабилизации Кст		100
Температура окружающей среды tср , °С		+20
Климатические условия		норм.

Согласно схеме находим наименьшее напряжение на выходе стабилизатора:

U вх min = Uh + U_кз min = 9 + 3 = 12 В,

где U_k3 min - минимальное напряжение на регулирующем транзисторе VT3.

Исходя из того, что VT3 предположительно кремневый, то U_k3 min выбираем в пределе 3..5 В.

Учитывая нестабильность входного напряжения на входе стабилизатора ±10%, находим среднее и максимальное напряжение на входе стабилизатора:

U вх сер = U вх min / 0.9 = 12 / 0.9 = 13 В ,

U вх max =1.1 ' U вх сер =1.1 ' 13 = 14 В .

Определяем максимальное значение на регулирующем транзисторе

U _кЗ max = U вх max -Uh = 14 - 9 = 5 В .

Мощность, которая рассеивается на коллекторе транзистора VT3, равняется

РЗ = U_k3 max ' Ін = 5 ' 1,5 = 7,5 Вт.

По полученным значениям U_k3 max , Ін , РЗ выбираем тип регулирующего транзистора и выписываем его параметры:

Марка транзистора КТ815 А

Тип транзистора NPN

Допустимый ток коллектора, Ік доп 1,5 А

Доп. напряжение коллектор-эмиттер, U_{k доп} 25 В

Рассеиваемая мощность коллектора, Рпред 10 Вт

Минимальный коэф. передачи тока базы, h21ЭЗ min 40

По статическим ВАХ выбранного транзистора находим:

hllЭ3 = 800 Ом,

m3 = 1 / h12ЭЗ = 1 / 1,5 = 0,66,

где h1ЭЗ - входное сопротивление транзистора, Ом; mЗ - коэффициент передачи напряжения; h12ЭЗ - коэффициент обратной связи.

Находим ток базы транзистора VT3

ІБЗ = 1н / h21ЭЗ min = 5 / 750 = 6.67' 10-3 А .

Определяем начальные данные для выбора транзистора VT2. Рассчитываем напряжение коллектор-эмиттер VT2

U_k2 max = U_k3 max - U_бэЗ = 5- 0.7 = 4.3 В,

где U_бэЗ - падение напряжения на эмиттерном переходе транзистора VT3 (0.7 В).

Ток коллектора VT2 состоит из тока базы VT3 и тока потерь, который протекает через резистор R3,

1к2 = 1б3 + IR3 = 37,5' 10-3 + 5' 10-4 = 38' 10-3 А.

Мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора VT2, равняется

Р2 = 1_к2 ' U_k2 max = 38'10-3 '4.3 = 163.410-3 Вт.

По полученным значениям U_k2 max , Ік2 , Р2 выбираем тип транзистора и выписываем его параметры:

Марка транзистора 2Т603Б

Тип транзистора NPN

Допустимый ток коллектора, Iк доп 300 мА

Доп. напряжение коллектор-эмиттер, U_{k доп} 30 В

Рассеиваемая мощность коллектора, Рпред 0.5 Вт

Минимальный коэф. передачи тока базы, h21Э2 min 60

По статическим ВАХ выбранного транзистора находим:

h1 1Э2 = 36.36 Ом,

m2 = 1 / h12Э2 = 1 / 0.022 = 45.45 .

Рассчитываем ток базы VТ2

IБ2 = Iк2 / h21Э2 min = 3.8' 10-2 / 60 = 6.3' 10-4 А.

Находим сопротивление резистора RЗ

RЗ = (U_н + UбэЗ) / IRЗ = (9 + 0.7) / 5' 10-4 =19400 Ом.

Выбираем ближайший по стандарту номинал с учетом рассеиваемой на резисторе мощности

РRЗ = (Uн + UбэЗ)' IRЗ = (9 + 0.7) ' 5'10-4 = 4.85'10-3 Вт.

В соответствии с рядом Е24 выбираем резистор типа МЛТ-0.125 20 кОм ±5%.

Источником эталонного напряжения берем параметрический стабилизатор напряжения на кремневом стабилитроне VD2 из расчета UVD2 = 0.7

Uн = 0.7 ' 9 = 6.3 В. Выбираем тип стабилитрона и выписываем его основные параметры: стабилитрон 2С156А;

I VD2 = 5' 10-3 А - средний ток стабилизации;

r VD2 = 25 Ом - дифференциальное сопротивление стабилитрона. Вычисляем сопротивление резистора R4, задавши средний ток стабилитрона (I R4 = I VD2)

R4 = 0.3 Uн / I R4 = 0.3 ' 9 / 5'10-3 = 540 Ом.

Мощность, рассеиваемая на резисторе R4, равняется

РR4 =0.3Uн ' I R4 = 0.3'9' 5'10-3 = 13.5'10-3 Вт.

В соответствии с рядом Е24 выбираем резистор типа МЛТ- 0.125 560 Ом ±5%.

Определяем начальные данные для выбора транзистора VТ4. Рассчитываем напряжение коллектор-эмиттер транзистора

Uк4mах = Uн + UбэЗ + Uбэ2 - UVD2 = 4.1 В

Задаем ток коллектора VТ4 меньшим нежили средний стабилитронаVD2

I К4 = 4`10-3 А .

Мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора VТ4

Р4 = Iк4 ' Uк4 шах = 4'10-3 '4.1 = 16.4 10-3 Вт

По полученным значениям Uк4 шах , Ік4 , Р4 выбираем тип транзистора и выписываем его параметры:

Марка транзисторa КТЗ12В

Тип транзистора NPN

Допустимый ток коллектора, Iк доп 30 мА

Доп. напряжение коллектор-эмиттер, U_{k доп} 15 В

Рассеиваемая мощность коллектора, Рпред 0.22 Вт

Минимальный коэф. передачи тока базы, h21 Э4 min 50

По статическим ВАХ выбранного транзистора находим:

h11Э4 = 208,3 Ом,

mЗ = 1 / h12Э4 = 1 / 0.034 = 29.41

Рассчитываем ток базы VТ4

ІБ4 = Iк4 / h21Э4 min = 4'10-3 / 50 = 8' 10-5 А.

Ток последовательно соединенных резисторов R5, R6, R7 берем равным 5Iб4 и определяем суммарное сопротивление делителя

Rдел = Uн / Iдел= 9 / (5 ' 8 10-5) = 22500 Ом.

Находим сопротивления резисторов:

R5 = 0.3 Rдел = 0.3 ' 22500 = 6750 Ом;

R6 = 0.1 Rдел = 0.1' 22500 = 2250 Ом;

R7 = 0.6 Rдел = 0.6 ' 22500 = 13500 Ом.

В соответствии с рядом Е24 выбираем резистор R5 типа MJIT- 0.125

6.8 кОм ±5%, резистор R7 типа МЛТ- 0.125 15кОм ±5% . Резистор R6 выбираем СПЗ-44 0.25Вт 2.2кОм.

Рабочее напряжение стабилитрона VDІ определяем из соотношения

UVDІ =0.1 Uвх mах = 0.1 ' 14= 1.4 В.

Выбираем тип стабилитрона и выписываем его основные параметры: стабилитрон 2С113А;

І VD1 = 5'10-3 А - средний ток стабилизации;

r VDІ = 12 Ом - дифференциальное сопротивление стабилитрона.

Вычисляем сопротивление резистора R1, задавши средний ток стабилитрона (I R1 =I VDІ)

R1 =0.9 Uвх mах/I R1 =0.9' 14/5`10-3 =2520 Ом.

Мощность, рассеиваемая на резисторе R1, равняется

P1 = 0.9Ubх mах ' I R1 =0.9' 14' 5'10-3 = 6З'10-ЗВт

В соответствии с рядом Е24 выбираем резистор типа МЛТ- 0.125 2.7 кОм ±5%.

Определяем начальные данные для выбора транзистора VТ1. Рассчитываем ток коллектора транзистора VТ1

Ік 1 = 1к4 + 1б2 = 4' 10-3 + 6.3' 10-3 =670' 10-4 А

Находим напряжение коллектор-эмиттер VТ1

Uкlmах = Uвх шах - UR2 + Uк4mах - UVD2 = 2.8 В, где UR2 = UVDІ - Uбэ1 - падение напряжения на резисторе R2.

Мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора VТ1

Р1 = UкImах ' Ікl =2.8 ' 670'10-4 = 187.6'10-3 Вт.

По полученным значениям Uкl mах , Ікl , Р1 выбираем тип транзистора и выписываем его параметры:

Марка транзистора КТ313Б

Тип транзистора РNР

Допустимый ток коллектора, 1к доп 350 мА

Доп. напряжение коллектор-эмиттер, Uk доп 30 В

Рассеиваемая мощность коллектора, Рпред 0.30 Вт

Минимальный коэф. передачи тока базы, h21Э1 min 50

Рассчитываем сопротивление резистора R2

R2 = UR2 / IK1 = 0.7 / 670`10-4 = 10.4 Ом,

PR2 = UR2 ' IK1 =0.7 ' 670' 10-4 = 469' 10-4 Вт.

В соответствии с рядом Е24 выбираем резистор типа MЛT- 0.125 15 Ом ±5%.

Рассчитываем основные параметры составного транзистора: входное сопротивление транзистора

hl 1Э ск =h 11Э2+h 11 Э3h21Э2min= 36.36 + 32000 =32 кОм; коэффициент передачи напряжения транзистора

mcк = m2mЗ / (m2 + mЗ) = 45.4'0.66 / (45.4 + 0.66)=0.65 выходное сопротивление транзистора

rск = mcк h 11 Э _CK / h21 Э2min h21 Э3min = 8.68 Ом.

Рассчитываем входное сопротивление источника стабильного тока

RTD= R1 ' R2 / r VD1 =2520' 10.4/ 12 = 2184 Ом.

Рассчитываем параметры усилителя обратной связи: сопротивление нагрузки усилителя

RK = h 11 Э ск RTD / (h 11 Э ск + RTD) = 2044.46 Ом;

коэффициент усиления напряжения усилителя

Ku = 0.7 h21 Э 4min RK / (h 11 Э 4 + h21 Э 4min r VD2) = 49.1 .

Рассчитываем коэффициент стабилизации рассчитанного стабилизатора напряжения, а также величину пульсаций на выходе

Кст = mскКиUн /Ubx = 0.65 '41.1 '9/14 = 205,

DUbhx = DUbx / тскКи = 9 / 0.65 '49.1 =28.2'10-3

Рассчитываем коэффициент пульсаций

Кп = DUвих ' 100/Uвх = 28.2'10-3' 100/9 = 3.13`10-3%.

Выходное сопротивление компенсационного стабилизатора будет

Rвых = rск / mскКu = 8.68 / 0.65 ' 49.1= 0.270м.

Проверяем соответствие рассчитанных параметров заданным условиям:

Кст = 205 > Кст.зад = 100;

Кп = 3.13`10-3% <Кп.зад = 10`10-3%.

Найденные параметры удовлетворяют заданным условиям.

7. Расчет надежности

Анализ схемы показывает, что все элементы, входящие в схему устройства, влияют на безотказность работы его. Таким образом, структурная схема устройства с точки зрения надежности представляет собой цепочку последовательно соединенных элементов. В соответствии с принципиальной схемой все элементы на группы по числу разнотипных элементов. Для каждого типа элементов по найдем интенсивность отказов, что в конечном итоге позволит определить результирующую интенсивность отказов всех элементов рассматриваемой схемы.

Таблица 7.1.

Наименование	Число однотипных	Интенсивность	Результирующая
разнотипных	элементов	отказа элементов	интенсивность
элементов	n	і-го типа	отказов
		лі, 10-61/ч	лpі, 10-6 l/ч
Сопротивления	18	0,03	0,54
Тиристоры	5	0,05	0,25
Конденсаторы	2	0,1	0,2
Интегральные	4	0,1	0,4
микросхемы
Разъем на 1 конт.	18	0,01	0,18
Оптопары	5	0,5	2,5
Выключатель	1	0,7	0,7
Электромагнит	4	3,2	9,6
Диоды	28	0,2	5,6
Трансформатор	1	1,04	1,04
Предохранитель	1	0,5	0,5
проволочный
Пайка	54	0,004	0,216
		Итого:	21,726

Ожидаемая частота отказов устройствa л_ус =21,726-10^-6 1/ч.

Среднее время безаварийной работы устройства: Т₀= 1/л_ус= 10⁶/24,436=46027,8

Теперь рассмотрим интенсивность отказов элементов контактной схемы (табл.7.2.):

Таблица 7.2.

Наименование	Число однотип	Интенсивность	Результирующая
разнотипных эле	ных элементов	отказа элементов	интенсивность
ментов	n	і-го типа	отказов
		лi -61/ч	лpi, 10-6 1/ч
Контакты	10	0,5	5
Выключатель	1	0,7	0,7
Электромагнит	4	3,2	12,8
Лампа накаливания	1	0,5	0,5
Звонок	1	1,2	1,2
Клеммы	18	0,15	2,7
		Итого:	41,13

Ожидаемая частота отказов устройства л_уc = 41,13*10^-6 1/ч. Среднее время безаварийной работы устройства: Т₀= 1 /л_уc= 10⁶/41,13 = 243 1 3

Интенсивность отказов л(1) и вероятность безотказной работы Р(t) связаны между собой соотношением. Р(t)=

Построим график зависимости вероятности безотказной работы бесконтактного Р1(t) и контактного Р2(t) устройств от времени (рис.7.1).

Таблица 7.3.

t,час	Р1(t)	Р2(t)	t,час	Р1(t)	Р2(t)	T,час	Р1(t)	Р2(t)
1	1,000	1,000	13600	0,717	0,572	27200	0,514	0,327
800	0,981	0,968	14400	0,703	0,553	28000	0,504	0,316
1600	0,962	0,936	15200	0,690	0,535	28800	0,495	0,306
2400	0,943	0,906	16000	0,676	0,518	29600	0,485	0,296
3200	0,925	0,877	16800	0,663	0,501	30400	0,476	0,296
4000	0,907	0,848	17600	0,650	0,485	31200	0,467	0,277
4800	0,889	0,821	18400	0,638	0,469	32000	0,458	0,268
5600	0,872	0,794	19200	0,626	0,454	32800	0,449	0,259
6400	0,855	0,769	20000	0,613	0,439	33600	0,440	0,251
7200	0,839	0,744	20800	0,602	0,425	34400	0,431	0,243
8000	0,822	0,720	21600	0,590	0,411	35200	0,423	0,235
8800	0,807	0,696	22400	0,578	0,398	36000	0,415	0,227
9600	0,791	0,674	23200	0,567	0,385	36800	0,407	0,220
10400	0,776	0,652	24000	0,556	0,373	37600	0,399	0,213
11200	0,761	0,631	24800	0,546	0,361	38400	0,391	0,206
12000	0,746	0,610	25600	0,535	0,349	39200	0,384	0,199
12800	0,731	0,591	26400	0,525	0,338	40000	0,376	0,193

Примем, что срок нормальной эксплуатации 1=40000 ч. Результирующая вероятность безотказной работы бесконтактного устройства:

Ррeз(t)=

контактного устройства:

Ррeз(t)=

Рис.7.1. График вероятности безотказной работы бесконтактного P1(t) и контактного P2(t) устройств от времени.

Выводы

В результате выполнения курсового проекта, была разработана система управления загрузкой бетонной смеси. Была разработана принципиальная электрическая схема управления на контактных и бесконтактных элементах на логических серии К176. К логическому блоку принципиальной схемы разработана печатная плата. Полученное устройство достаточно простое в исполнении и использовании, что позволяет применять его в системах автоматического контроля и управления. Стандартные компоненты изделия делают эту систему унифицированной и позволяют осуществлять быструю замену неисправных элементов.

Проведенный расчет надежности системы показал, что схема управления загрузкой бетонной смеси на бесконтактных элементах более надежна,чем схема на контактных элементах, а результирующая вероятность безотказной работы устройства в течении 40 тыс. часов составила 0,376. Следовательно, разработанное устройство повысит долговечность работы системы , управления загрузкой бетонной смеси.

Литература

1. Мартыненко И. И., Лысенко В. Ф. Проектирование систем автоматики -- 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Агропромиздат, 1990. - 243 с.

2. Микросхемы для бытовой радиоаппаратуры: Справочник / под ред. Коваленко И. В. - М.: Радио и связь, 1989. - 384 с.

3. Пухальский Г. И., Новосельцева Т. Я. Проектирование дискретных устройств на интегральных микросхемах: Справочник. - М.: Радио и связь, 1990.-304 с.

4. Справочник по схемотехнике для радиолюбителя / под ред. В. П. Боровского - К.: Тэхника. 1989. - 480 с.

5. Терещук Р. М. И др. Полупроводниковые приемно- усилительные устройства: Справ. Радиолюбителя. -- Киев: Наук. Думка, 1989.-800 с.

Приложение

Поз. обозн.	Наименование	Кол.	Примечание
С1	К50-16-25В-Н50-0,6 7 мкФ	2
DD1	Микросхема К1564ТЛ2	1
DD2	Микросхема К1564П2	1
DD3	Микросхема К176ЛА8	1
НА1	Звуковая сигнализация	1
HL1	Арматура сигнальная АС12015Ч2	1
R1-R5	Резистор МЛТ-0.125-500 Ом	5
R6	Резистор МЛТ-0.125-1 к Ом	1
R7	Резистор МЛТ-0.125-2,2 кОм	1
R8	Резистор МЛТ-0.125-1 к Ом	1
R9	Резистор МЛТ-0.125-2,2 кОм	1
R10	Резистор МЛТ-0.125-1 кОм	1
R11	Резистор МЛТ-0.125-2,2 к Ом	1
R12	Резистор МЛТ-0.125-1 к Ом	1
R13	Резистор МЛТ-0.125-2,2 к Ом	1
R14-R17	Резистор МЛТ-0.125-1 к Ом	4
R18	Резистор МЛТ-0.125-2,2 кОм	1
R19	Резистор МЛТ-0.125-15 Ом	1
R20	Резистор МЛТ-0.125-2,7 к Ом	1
R21	Резистор МЛТ-0.125-560 Ом	1
R22	Резистор МЛТ-0.125-20 к Ом	1
R23	Резистор МЛТ-0.125-6,8 к Ом	1
R24	СПЗ-44 0,25Вт-2,2 кОм	1
R25	Резистор МЛТ-О.125-15 кОм	1
U1-U5	Оптрон АОY10ЗН	5
VD1-VD4	Диодная сборка КЦ405А	1
VD5- VD8	Диодная сборка КЦ405А	1
VD9-VD12	Диодная сборка КЦ405А	1
VD13-VD16	Диодная сборка КЦ405А	1
VD17-VD20	Диодная сборка КЦ405А	1
VD21-VD24	Диодная сборка КЦ410А	1
VD25	Стабилитрон 2С113А	1
VD26	Стабилитрон 2С156А	1
VS1-VS5	Тиристор КУ208Г	5
VT1	Транзистор КТ313Б	1
VT2	Транзистор 2Т603Б	1
VT3	Транзистор КТ815А	1
VT4	Транзистор КТ312В	1
TV1	Трансформатор	1
YA1-YA4	Злектромагнитный исполнительный механизм МИС-6101Е	4

Размещено на Allbest.ru