Когда бит SM в регистре MCUCR установлен, выполнение инструкции SLEEP вызывает переход в режим отключения. В этом режиме внешний тактовый генератор отключен, а система внешних прерываний и сторожевой таймер (если включен в конфигурации) продолжают работать. Микроконтроллер может выйти из этого режима тремя способами:

1) По сигналу сброса;

2) По внешним прерываниям INT0 и INT1;

3) По сбросу от сторожевого таймера.

Параметры энергопотребления микроконтроллера приведены в таблице 8.2.

Таблица 8.2 - Энергопотребление ИМС IN90S2313

Таким образом, при простое возможно значительно снизить энергопотребление путем использование энергосберегающих режимов.

8.2 Расчет блока питания

Блок управления питается стабилизированным напряжением 27В от источника питания УЧПУ. Задача стабилизатора напряжения - сформировать напряжение питания микросхем блока управления +5В, а также напряжение +12В для питания реле, оптронов и внешних цепей конечных выключателей и датчиков. Таким образом, стабилизатор напряжения будет выполнен в виде двух независимых каналов. Для повышения эффективности имеет смысл разработать источник питания, регулирующий элемент которого будет работать в ключевом режиме. С учетом этого за основу для разработки взята микросхема IL1501, производства ОАО интеграл [13]. Микросхема IL1501является контроллером понижающего DC/DC конвертера со встроенным силовым ключом. Изменением времени открытия силового транзистора производится регулирование количества энергии, передаваемой в цепь нагрузки так, что напряжение на выходе остается практически постоянным независимо от изменения тока нагрузки. Микросхема предназначена для применения в бытовой и промышленной аппаратуре. Основными особенностями микросхемы являются:

1) Регулируемое либо фиксированное выходное напряжение 3,3В, 5В, 12В в зависимости от исполнения;

2) Генератор со встроенной емкостью на частоту 150 кГц;

3) Схема ШИМ-регулирования выходного напряжения;

4) Защита от перегрева и ограничение тока;

5) Вход управления включением/выключением;

6) Входное напряжение до 40В;

7) Выходной ток нагрузки 3А;

8) Встроенный переключающий транзистор на кристалле.

Микросхема выполнена в 5-выводном пластмассовом корпусе типа 1501-5.4, который предусматривает установку на радиатор охлаждения. Допустимое напряжение статического электричества 2000В. Структура микросхемы показана на рисунке 4.14. Применение данной микросхемы позволяет минимизировать число требуемых внешних компонентов. Схема стабилизатора изображена на рисунке 4.15.

Данный стабилизатор основан на регулировании выходного напряжения путем изменения ширины импульса длительности открытого состояния ключа (в данном случае ключ встроен в ИМС IL1501), который подает напряжение на выходные цепи. Конденсаторы С6, С7 и дроссели L1, L2 образуют фильтры, выделяющие постоянную составляющую подводимого напряжения.

Рисунок 8.1 - Структура ИМС IL1501-50

Таким образом, на выходе стабилизатора имеем постоянное напряжение, величина которого пропорциональна длительности открытого состояния силового ключа. Диоды VD3, VD4 необходимы для обеспечения пути прохождения тока дросселей в момент закрытого состояния ключа. Поэтому эти диоды также называют разрядными диодами. Через входы FBИМС замыкается цепь отрицательной обратной связи по напряжению каналов, позволяющая поддерживать напряжение на выходе практически постоянным, независимо от изменения нагрузки.

Рисунок 8.2 - Схема стабилизатора напряжения

Таким образом, на выходе стабилизатора имеем постоянное напряжение, величина которого пропорциональна длительности открытого состояния силового ключа. Диоды VD3, VD4 необходимы для обеспечения пути прохождения тока дросселей в момент закрытого состояния ключа. Поэтому эти диоды также называют разрядными диодами.

Диоды VD3, VD4 необходимы для обеспечения пути прохождения тока дросселей в момент закрытого состояния ключа. Поэтому эти диоды также называют разрядными диодами. Через входы FBИМС замыкается цепь отрицательной обратной связи по напряжению каналов, позволяющая поддерживать напряжение на выходе практически постоянным, независимо от изменения нагрузки.

Поскольку ИМС IL1501 заявлена как полный аналог ИМС AP1501, для расчета стабилизатора питания воспользуемся методикой, предлагаемой производителем AP1501[14].

Рассчитаем элементы канала +5В.

Зададимся основными параметрами разрабатываемого источника:

1) - входное напряжение;

2) - выходное напряжение;

3)

4) - минимальный выходной ток;

5) F = 150 кГц - частота преобразователя.

Для канала +5В применим ИМС IL1501-50, с фиксированным выходным напряжением 5В.

Для начала необходимо рассчитать минимально необходимую индуктивность дросселя L1. Для ее расчета требуется знать величину максимальной продолжительности проводящего состояния силового ключа , с, которая вычисляется в несколько этапов. Для начала определим максимальное отношение времен включенного и выключенного состояний ключа:

где - прямое падение напряжения на диоде VD3, В;

- напряжение насыщения встроенного в ИМС DA2 ключа, В.

Значение падения напряжения на диоде Шоттки = 0,5В, а напряжение насыщения ключа = 1.16 В, согласно документации производителя [13].

По формуле (8.1) :

Определяем время выключенного состояния ключа , с:

Где T - период сигнала, с.

Для частоты 150 кГц период , с. Следовательно:

Рассчитываем , с, по формуле:

Таким образом

, с.

Минимальная индуктивность , Гн, рассчитывается по формуле:

Максимальный ток дросселя , А, рассчитываем по формуле:

Рассчитанное значение индуктивности является минимальным, при котором выполняется условие работы преобразователя в режиме непрерывного тока дросселя. Целесообразно повысить индуктивность дросселя, это снизит пульсации выходного напряжения. Для данного применения выберем стандартный дроссель марки SL1215-102KR51-PF, производимый компанией TDK. Индуктивность дросселя - 1 мГн.

В качестве конденсатора С7 применим электролитический алюминиевый конденсатор производства OST типа RLG-10 емкостью 2200 мкФ и рассчитанный на максимальное напряжение 16В.

Рассчитаем элементы канала +12В.

Зададимся основными параметрами разрабатываемого источника:

6) - входное напряжение;

7) - выходное напряжение;

8)

9) - минимальный выходной ток;

10) F = 150 кГц - частота преобразователя.

Для канала +12В применим ИМС IL1501-12, с фиксированным выходным напряжением 12В.

Рассчитаем параметры дросселя L2.

Определяем по формуле (8.1):

Определяем время выключенного состояния ключа , с, по формуле (8.2):

По формуле (8.3) определяем , с:

Рассчитаем минимальную индуктивность дросселя L, Гн, по формуле (8.4):

Максимальный ток дросселя, рассчитываем по формуле (8.5):

Выбираем дроссель SL1215-331KR91-PF индуктивность 330 Гн, производства TDK. В качестве конденсатора С6 применим электролитический алюминиевый конденсатор производства OST типа RLG-10 емкостью 1000 мкФ и рассчитанный на максимальное напряжение 25В.

В качестве входного конденсатора С4 применен электролитический алюминиевый конденсатор производства OST типа RLG-10 емкостью 3300 мкФ и рассчитанный на максимальное напряжение 35В. Конденсаторы С5, С8-С21 выполняют функцию блокировочных конденсаторов, для подавления высокочастотного шума. Для этих целей подходят керамические конденсаторы типа К10-17 емкостью 0,1 мкФ. Диоды VD3, VD4 - кремниевые диоды Шоттки типа КДШ2103-Б5, производства ОАО «Интеграл».

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В процессе работы над данным дипломным проектом был разработан модернизированный блок управления электроавтоматикой станка с ЧПУ модели 16А20Ф3С39 управляемого устройством ЧПУ «Электроника НЦ31-02». При разработке блока управления сохранена полная совместимость по электрическим и механическим характеристикам с оригинальным блоком управления 16А20Ф3.192501.000, что позволяет произвести замену без какого-либо вмешательства в схему станка.

Примененная при разработке современная элементная база позволила значительно уменьшить количество компонентов, что явилось причиной увеличения надежности и значительного снижения потребляемой мощности. Также при разработке модернизированного блока управления был учтен опыт эксплуатации оригинального блока. Выявленное при эксплуатации несовершенство алгоритма смены инструмента было учтено при разработке модернизированного блока управления, что позволило усовершенствовать данный алгоритм и повысить безопасность работы станка.

В экономическом разделе приведен расчет затрат на стадии НИОКР и расчет годовых эксплуатационных расходов. Затраты на НИОКР составили 4 264 тыс. бел.руб. Экономический эффект составил 1 405 тыс. бел. руб.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Кузнецов, Ю. Н. Станки с ЧПУ: учеб. пособие/ Ю. Н. Кузнецов. - Мн.: Высшая школа, 2001. - 327с.

2. Станок токарный патронно-центровой с числовым программным управлением модели 16А20Ф3: Руководство по эксплуатации. 16А20Ф3 РЭ/ Московский станкостроительный завод «Красный пролетарий» им. А. И. Ефремова - Мн.: ВНИИТЭМР, 1990. - 56 с.

3. Устройство числового программного управления 2Р22: Руководство по эксплуатации. - 63 с.

4. Sinumerik 840Dsl [Электронный ресурс]. - Электрон, текстовые, граф. дан. (580 Мб). - М.: SiemensAG, 2010. - 1 электрон, опт. диск (CD-ROM)

5. Принципы построения и структура устройства ЧПУ "Электроника НЦ-31": Учебное пособие. - 158 с.

6. Станок токарный патронно-центровой с числовым программным управлением модели 16А20Ф3: Руководство по эксплуатации. В 4 ч. Ч. 2. Электрооборудование / Московский станкостроительный завод «Красный пролетарий» им. А. И. Ефремова - Мн.: ВНИИТЭМР, 1990. - 120 с.

7. 8-разрядный КМОП микроконтроллер IN90S2313DW [Электронный ресурс] / ОАО «Интеграл». - 2011. - Режим доступа: http://www.integral.by/download/2990/IN90S2313r.pdf. - Дата доступа: 20.12.2011.

8. Оптрон PC817 [Электронный ресурс] / SharpCorporation. - 2011. - Режим доступа: http://sharp-world.com/products/device/lineup/data/pdf/datasheet/ pc8171xnsz_e.pdf. - Дата доступа: 20.12.2011.

9. Светодиод BL-B4531E [Электронный ресурс] / Терраэлектроника. - 2011. - Режим доступа: http://www.terraelectronica.ru/pdf/BRI/BL-B4531E.pdf. - Дата доступа: 20.12.2011.

10. Кварцевые резонаторы серии KX-3H[Электронный ресурс] / Geyer Quartz Technology. - 2011. - Режим доступа: http://www.geyer-electronic.de/uploads/tx_userartikelfrequenz/Model-KX-3H_02.pdf. - Дата доступа: 20.12.2011.

11. Восьмиразрядный двунаправленный сдвиговый регистр с параллельным вводом-выводом информации и синхронным сбросом IN74AC273N [Электронный ресурс] / ОАО «Интеграл». - 2011. - Режим доступа: http://www.integral.by/download/347/IN74AC273.pdf. - Дата доступа: 20.12.2011

12. ULN2003 [Электронный ресурс] / STMicroelectronics. - 2011, - Режим доступа: http://www.st.com/internet/analog/product/65560.jsp. - Дата доступа: 20.12.2011

13. Серия микросхем понижающего DC/DC конвертера IL1501[Электронный ресурс] / ОАО «Интеграл». - 2011. - Режим доступа: http://www.integral.by/download/2869/IL1501XX-TSr.pdf. - Дата доступа: 20.12.2011

14. Понижающий стабилизатор на базе ИМС серии AP1501 [Электронный ресурс] / DiodesInc. - 2011. - Режим доступа: http://www.diodes.com/_files/products_appnote_pdfs/power/sw_reg/ANP002_AP1501.pdf. - Дата доступа: 20.12.2011.

Размещено на Allbest.ru