Главная
База знаний "Allbest"
Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Разработка микропроцессорной системы управления асинхронным двигателем главного движения токарного станка
Разработка микропроцессорной системы управления асинхронным двигателем главного движения токарного станка
Разработка энергосберегающей системы управления трехфазным асинхронным двигателем главного движения токарного станка. Блок системы управления и датчик скорости в составе устройства. Анализ структуры микропроцессорной системы. Выбор конструкции устройства.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | дипломная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 20.07.2014 |
| Размер файла | 2,2 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
а затем осуществляется преобразование числа фаз:
На заключительном этапе производится преобразование получившихся заданий на ток в цифровые коды, для вывода их в ЦАП. Это преобразование так же осуществляется при помощи табличных функций.
Все вышеописанное было реализовано при помощи языка программирования ANSI С и компилятора Keil Software - Cx51. Алгоритм программы и ее исходный текст, а так же текст вспомогательных программ приведены в приложении 3, 4 и 5 данного дипломного проекта.
Блок цифро-аналогового преобразователя.
Для получения аналогового сигнала был выбран ЦАП фирмы Burr-Brown DAC4815. Это высокоскоростной 4-х канальный 12 разрядный цифроаналоговый преобразователь с параллельным интерфейсом, обладающий незначительным собственным энергопотреблением, малым температурным дрейфом и встроенным источником опорного напряжения,
Рис.6.8. Предельно допустимые значения параметров DAC4815
Рис.6.9. Функциональная схема DAC4815
Рис.6.10. Подключение микросхемы DS1232.
Рис.6.11. Временные задержки и расшифровка состояний шины DAC4815
Весь интерфейс управления этим цап'ом реализован в подпрограмме, вызываемой в основной программе реализации цифрового контура скорости.
Блок защиты от сбоев.
Системы, построенные на базе микропроцессоров, могут иметь специфические отказы или сбои в работе.
Например, из-за близкой сильной электромагнитной помехи может исказиться часть информации, обрабатываемой микропроцессором в данный момент, что чревато сбоем в алгоритме управляющей программы, а так же зацикливанием работы процессора или его "зависанием". Все это приводит к отказу в работе контроллера.
Как правило, такие сильные и фатальные помехи случаются очень редко, но если контроллер выполняет часть операций в отлаженном техническом процессе, то такой его отказ приводит к возникновению незапланированного простоя в работе всей системы и экономическими убытками.
Работоспособность контроллера можно восстановить, подав на процессор команду сброса (Reset). Для автоматического распознавания ситуации зависания и подачи сигнала Reset применяется схема watchdog ("сторожевая собака" досл.) таймера (WDT).
Так же в задачу современного WDT входят задачи отслеживания опасного изменения питающего напряжения и сброс процессора при напряжении ниже критического (иначе его поведение может стать непредсказуемым) и первоначальный сброс микроконтроллера при подаче питания.
Для реализации всех вышеприведенных требований были применены две микросхемы фирмы Dallas Semiconductor - DS1232, по одной на каждый микроконтроллер. Особенностью этой микросхемы является возможность задания времени неактивности, после которого наступает сброс. Это задание производится с помощью вывода TD микросхемы.
Рис.6.12. Задание времени задержки сброса в DS1232.
Рис.6.13. Диаграмма временных задержек DS1232
Блок преобразователей напряжения.
В качестве исходного напряжения применяется промышленный стандарт 24 вольт постоянного тока.
В спроектированной системе требуются два типа питающих напряжений. Это +5в и 15в. Чтобы получить такие напряжения от исходной сети были применены две микросхемы преобразователей напряжения фирмы Burr-Brown - DCP022405P и DCP022415DP.
Рис.6.14. Структурная схема DC/DC преобразователя.
Особенностью этого преобразователя является гальваническая развязка от питающей сети и контроль температуры корпуса. При достижении температуры 150оС происходит автоматическое отключение преобразователя, при понижении - работоспособность снова восстанавливается.
Мощность данного преобразователя составляет 2 W. Посчитаем токи, потребляемые всей схемой.
Допустимые токи для преобразователей:
P = I*A; I = 2/5 = 400 мА - для DCP022405P
I = 2/ (15+15) = 67 мА - для DCP022415DP
По линии +5в.
Микросхемы:
AT89C51 - 20 мА;
DS89C420 - 100 мА;
DAC4815 - 10 мА;
CE210 - 10 мА;
DS1232 - 2*2 = 4мА;
Индикаторы HDSP-F103 - 7*3=21 мА.
Iобщ = 20 + 100 + 10 + 10 + 4 + 21 = 165 мА.
При максимальной норме 400 мА присутствует большой запас.
По линии 15в.
Микросхема:
DAC4815 - 40 мА;
При максимальной норме 67 мА в допустимые пределы укладываемся.
Для обеспечения стабильной работы все цифровые шины на схеме подтянуты к напряжению +5в через резисторы 10 кОм. Чтобы не загромождать схему большим количеством однотипных резисторов применены резистивные сборки фирмы Bourns 4116T-2 (DIP16) и 4116T-102 (однорядная).
Моделирование динамических процессов цифрового контура скорости
Целью проведения эксперимента является подтверждение правильности законов динамического управления, на базе которых построен алгоритм микроконтроллера
Моделирование проводилось в среде MatLab и при помощи симулятора-отладчика для микропроцессора DS89C420 от фирмы Keil Software версии 6.12
Моделирование разомкнутой системы контура скорости.
При построении модели были сделаны следующие допущения:
двигатель работает в установившемся режиме;
нагрузка на валу не меняется.
Моделирование производилось при помощи симулятора-отладчика Keil 6.12.
Загружалась реальная программа, задавались значения для работы в установившемся режиме и получали числовые значения выходного сигнала, которые затем переводились в графический вид.
Эта модель подтверждает работоспособность программы, но не дает полной картины функционирования системы.
Моделирование замкнутой системы контура скорости.
Для моделирования замкнутой системы применялся математический пакет MatLab от фирмы The Math Work
Была построена модель системы управления. При сравнении поведения модели чисто аналоговой и дискретной (24 точки на период) не было замечено никакой разницы, поэтому приводится только аналоговая модель.
Рис.6.15. Модель системы управления.
При моделировании был выбран счетный метод Dormand-Prince 5-го порядка с фиксированным шагом, для повышения точности результатов.
Результаты моделирования реальной и математической модели приведены в приложении 6 и 7 дипломного проекта.
По этим результатам можно сделать вывод. что удалось получить устойчивую систему с незначительными колебаниями параметров в течении переходного процесса.
4. Конструкторская часть
Выбор пассивных элементов схемы
В качестве резисторов используем резистивные сборки фирмы Bourns 4116T-2 (DIP16) и 4611T-102 (однорядная), имеющие следующие параметры:
4116T-2-0103-FAB - при мощности 2,25Вт сопротивление 10 кОм; при 20…70°С ТКС=100ppm/°С; допустимая температура окружающей среды при допуске 0,05% в пределах - 55…+125°С; допустимая относительная влажность при температуре +35°С до 98%; допустимое напряжение до 50В; сопротивление изоляции между элементами сборок минимум 10000 МОм.
4611T-2-0013-FAB - при мощности 1,38Вт сопротивление 1 кОм; при 20…70°С ТКС=100ppm/°С; допустимая температура окружающей среды при допуске 0,05% в пределах - 55…+125°С; допустимая относительная влажность при температуре +35°С до 98%; допустимое напряжение до 50В; сопротивление изоляции между элементами сборок минимум 10000 МОм.
В качестве резисторов, не входящих в состав сборок выбираем резисторы С2-33Н, имеющие следующие параметры: при мощности 0,125Вт сопротивление 0,1Ом…3,01·106Ом, ряды Е24, Е96 с допусками 1%, 2%, 5%, 10%; допустимая температура окружающей среды в пределах - 60…+70°С; допустимая относительная влажность при температуре +35°С до 98%; допустимое давление не ниже 133Па (1мм. рт. ст.).
В качестве малоемкостных конденсаторов выбираем керамические конденсаторы КM6, имеющие следующие параметры: ряд Е24, допуски 5%, 10%, 20%; допустимая температура в диапазоне - 60…125°С; допустимая относительная влажность при температуре +35°С до 98.
В качестве оксидных выбираем импортные электролитические конденсаторы ECR-серии фирмы Hitano, имеющх следующие параметры:
допуск 20%; допустимая температура в диапазоне - 40…+85°С; допустимая относительная влажность при температуре +35°С до 98%; ток утечки, после 3 мин при нормальном напряжении не более 0.01CV - 3мкА.
В качестве кварцевых резонаторов выбираем РК420 и РК422, которые имеют следующие параметры:
|
Гармонический обертон |
Fundament mode |
|
|
Точность настройки, 1х10-6 (ррМ) |
+-50; 100 |
|
|
Интервал рабочих температур,°C |
-10. +60 |
|
|
Относительный уход частоты в интервале рабочих температур, 1х10-6 (ррМ) |
+-30; 50 |
|
|
Емкость нагрузки, pF |
3 Max |
|
|
Старение за 1-й год, 1х10-6 (ррМ) |
+-50; 100 |
В качестве соединительных элементов выбираем однорядные разъемы PBS-10, PBS-20, двухрядный PBD-18 и вилку OWF-3 (разъема питания).
Они имеют следующие эксплутационные параметры: диапазон рабочих температур - 40°С. +105°С; предельный ток 1А (3A для OWF-3); предельное напряжение 500 В в течении 1 мин.; сопротивление контактов не более 0.2 Ом.
Для соединения основной платы с платой индикаторов выбран 20-жильный гибкий шлейф.
Разработка печатных плат
Все элементы схемы предполагается разместить на трех печатных платах - основная, индикаторная и клавиатурная (готовое изделие).
Максимальная плотность тока, протекающего через печатные проводники составляет j=20А/мм2.
Толщина покрытого слоем припоя проводника составляет h=0,5мм. Тогда ширина проводника вычисляется по формуле
(9.3.1)
Примем ширину проводников питания и земли с запасом. Ширина проводников - 1мм. Для слаботочных проводников принимаем ширину не менее 0,5мм.
В качестве материала для печатных плат выбираем стеклотекстолит теплостойкий, фольгированный, травящийся, марки СТФ-2 ТУ16-503.161-83, код ОПК 22 9613 3300 толщиной 2 мм, толщина фольги 50мкм. Данный материал предназначен для изготовления обычных и многослойных печатных плат методом металлизации сквозных отверстий или другими методами.
Разводка печатной платы осуществлена при помощи программы ACCEL EDA.
Основная плата имеет размер 195х132мм;
Для соединения элементов с проводниками печатной платы выбираем припой оловянно-свинцовый ПОС-61 ГОСТ21931-76, предназначенный для лужения и пайки тонких проводов и спиральных пружин в измерительных приборах, монтажных соединений обмоточных проводов диаметром 0,05…0,08мм и литцендрата, резисторов, конденсаторов, герметичных швов стеклянных проходных изоляторов, печатных схем и при производстве полупроводниковых приборов, т.е. там, где не допускается перегрев.
Для защиты печатной платы по выбираем эпоксидный электроизоляционный покрывной лак ЭП-9114 ОСТ6-10.429-79, код ОПК 23 1132 2700, предназначенный для защиты печатных узлов, эксплуатируемых при температуре - 60…+125°С. Время высыхания при температуре 60°С составляет 8ч.
При подготовке микросхем к монтажу на печатные платы (операции рихтовки, формовки и обрезки выводов) выводы подвергаются растяжению, изгибу и сжатию. Поэтому при выполнении операций по формовке необходимо следить, чтобы растягивающее усилие было минимальным. В зависимости от сечения выводов микросхем оно не должно превышать определенных значений (например, для сечения выводов от 0,1 до 2 мм2 не более 0,245…19,6 Н).
Формовка выводов прямоугольного поперечного сечения должна производится с радиусом изгиба не менее удвоенной толщины вывода, а выводов круглого сечения с радиусом изгиба не менее двух диаметров вывода. Участок вывода на расстоянии 1мм от тела корпуса не должен подвергаться
изгибающим и крутящим деформациям. Обрезка незадействованных выводов микросхем допускается на расстоянии 1мм от тела корпуса.
В процессе операций формовки и обрезки не допускаются сколы и насечки стекла и керамики в местах заделки выводов в тело корпуса и деформация корпуса.
Основным способом соединения микросхем с печатными платами является пайка выводов, обеспечивающая достаточно надежное механическое крепление и электрическое соединение выводов микросхем с проводниками платы.
Для получения качественных паянных соединений производят лужение выводов корпуса микросхемы припоями и флюсами тех же марок, что и при пайке. При замене микросхем в процессе настройки и эксплуатации РЭА производят пайку различными паяльниками с предельной температурой припоя 250С, предельным временем пайки не более 2 с и минимальным расстоянием от тела корпуса до границы припоя по длине вывода 1,3 мм. Качество операции лужения должно определяться следующими признаками:
минимальная длина участка лужения по длине вывода от его торца должна быть не менее 0,6 мм, причем, допускается наличие "сосулек" на концах выводов микросхем;
равномерное покрытие припоем выводов;
отсутствие перемычек между выводами.
Необходимо поддерживать и периодически контролировать (через 1…2ч) температуру жала паяльника с погрешностью не хуже ±5С. Кроме того должен быть обеспечен контроль времени контактирования выводов микросхем с жалом паяльника, а также контроль расстояния от тела корпуса до границы припоя по длине выводов. Жало паяльника должно быть заземлено (переходное сопротивление заземления не более 5 Ом).
Выбор конструкции устройства
Конструктивно устройство представляет собой плату, предназначенную для монтирования внутри корпуса токарного станка, на которой крепятся соединительные разъемы для внешних устройств. Платы индикаторов и клавиатуры крепятся на передней стенке токарного станка. Крепление производится с помощью болтов. Крепление основной платы производится к вертикальной плоскости посредством 4 болтов.
Требования к условиям установки датчика скорости
Размер фланца двигателя, на который будет установлен датчик при эксплуатации, должен быть выбран из линейки 55, 85, 115, 165, 215, 265 мм и иметь неплоскость не более 0,1 мм.
Линия связи датчика с основной платой должна быть выполнена экранированным кабелем и проложена в металлических рукавах и трубах.
Датчик под нагрузкой во избежание сверхдопустимых перегрузок не должен подвергаться ударам.
Вал датчика имеет коническое отверстие для установки непосредственно на вал электродвигателя. Крепление выключателя производить с помощью мембранного диска, поставляемого в комплекте с датчиком, для предохранения корпуса датчика от проворота.
5. Безопасность и экологичность проекта
Безопасность производства проектируемого объекта
Общие сведения.
Сегодня, в условиях ускоренного развития НТП, современной техники и оборудования самого различного назначения, усложнения технологических процессов, чрезвычайные ситуации и аварии на промышленных предприятиях часто приводят к массовому травматизму, отравлениям, пожарам, массовому выходу из строя оборудования. В сложившейся ситуации необходимо уделять первостепенное внимание усложняющимся задачам безопасности и охраны труда.
Требованиям безопасности и экологичности должны соответствовать современное проектируемое оборудование и технологические процессы, основанные на новейших достижениях.
Характеристика и анализ производственных опасностей.
Электробезопасность.
Случаи поражения человека электрическим током возможны лишь при замыкании электрической цепи через тело человека. При протекании электрического тока может возникнуть опасность поражения его отдельных органов человека или организма в целом. Основными видами поражения являются: ожоги электрической дугой, удар при прикосновении к токоведущим частям, разрыв тканей.
Из всех видов поражения током наибольшую опасность представляют электрические удары, сопровождаемые появлением у человека судорог, потерей сознания, сильным ослаблением или прекращением деятельности органов дыхания и кровообращения.
Опасность поражения оценивается силой тока, напряжением, приложенным к человеку и зависит от схемы включения системы питания, напряжения сети, степени изоляции токоведущих частей от земли, состояния самого человека и т.д.
При повреждении изоляции напряжение переходит на конструктивные металлические части, прикосновение к которым опасно. Все конструктивные металлические части оборудования заземляются. Заземление оборудования производится только параллельно.
Для защиты рабочего от поражения током применяются: двойная изоляция токоведущих частей электрооборудования, заземление металлических не токоведущих частей, применение пониженного напряжения, а также защитные приспособления и средства, к которым относятся диэлектрические рукавицы и коврики.
Все помещения согласно ПУЭ делятся по степени поражения людей электрическим током на три класса: без повышенной опасности, с повышенной опасностью, особо опасные.
В данном случае преобразователь эксплуатируется в помещении, относящемся к классу помещений без повышенной опасности.
Производственное освещение
Освещение рабочего места - важнейший фактор создания нормальных условий труда. Практически возникает необходимость освещения как естественным, так и искусственным светом. Первый случай характерен для светлого времени суток и при работе в помещениях, в которых имеются проемы в стенах и крыше здания, во втором случае применяются соответствующие осветительные установки искусственного света. От освещенности зависит сохранность зрения и в значительной мере безопасность на производстве.
Производственное освещение при его недостаточном уровне может представлять опасность для рабочих цеха. При малом уровне освещенности рабочего места снижается уровень зрительного восприятия объекта производства. Это приводит как к резкому ухудшению зрения работающего. Чрезмерный уровень освещенности также отрицательно сказывается на здоровье рабочего, поскольку приводит к постепенной потере зрения.
В связи с этим на всех рабочих местах освещение устанавливается в соответствии с нормами в зависимости от категории выполняемых работ и размеров объекта производства.
Шум и вибрация
Шум и вибрация - постоянные спутники механического производства. Их источниками являются станки, прессы, конвейеры и другое оборудование.
Согласно ГОСТ 12.1.003-83 уровень звука на рабочем месте не должен превышать 85 дБ. Утомление рабочих из-за шума и вибраций может привести к увеличению числа ошибок при работе, что в свою очередь способствует возникновению травм. Для защиты от шума обслуживающий персонал, во время работы, находится в звукоизоляционной кабине.
Расчет шума в рабочем помещении проектируемого оборудования приведен ниже.
Вентиляция и отопление
На проектируемом оборудовании отсутствует выделение вредных веществ, но воздух отличается высокой запыленностью. Поэтому применяется система вентиляции с предварительной фильтрацией, обеспечивающей допустимый уровень содержания примесей, и подогревом в случае холодного времени года.
Техника безопасности.
К работе по техническому обслуживанию и ремонту электрооборудования допускают лиц, прошедших соответствующий инструктаж по технике безопасности.
В кабине машиниста имеется аптечка с предметами для оказания первой медицинской помощи при травматизме.
Электроинструмент выдается рабочему после предварительной проверки его исправности, при этом проверяют изоляцию токопроводящих частей.
Перед началом работы, связанной с ремонтом и обслуживанием преобразователя, надеть защитные приспособления, имеющие отметку о прошедших испытаниях.
Все ремонтные и эксплуатационные работы провести в соответствии с указаниями по технике безопасности соответствующего раздела паспорта на весоизмерительное устройство.
Устойчивость производства и проектируемого объекта в чрезвычайных ситуациях
Инженерно-технические мероприятия по повышению надежности работы объекта.
а) Защита рабочих и служащих от последствий крупных производственных аварий и стихийных бедствий;
обучение рабочих, служащих и членов их семей способам защиты при утечке вредных веществ.
организация и поддержание в постоянной готовности системы оповещения рабочих и служащих объекта и проживающего вблизи населения об опасности.
б) повышение надежности зданий и сооружений
проектирование сооружений с жестким каркасом, с увеличенной площадью оконных проемов, со стеновым заполнением из облегченных слоистых материалов и т.д.
повышение устойчивости конструируемых зданий и сооружений путем установки дополнительных связей между несущими элементами.
дополнительное крепление воздушных линий связи, электропередач, наружных трубопроводов.
возведение насыпей и дамб в целях защиты от наводнений.
в) повышение надежности технологического оборудования.
рациональная компоновка технологического оборудования.
защита пультов управления.
Оценка пожарной опасности, взрывоопасности и электроопасности.
Пожароопасность.
Пожары на предприятиях представляют серьезную опасность для работающих и могут причинить гигантский материальный ущерб.
К причинам, вызывающим пожар можно отнести:
наличие значительного количества легко воспламеняющихся и горючих смесей, сжиженного газа и др.;
большое количество жидкостей и препаратов, в которых пожароопасные продукты находятся под давлением;
неправильное устройство вентиляционных установок;
самовозгорание материалов при неправильном их хранении;
небрежное обращение с огнем;
неисправное электрооборудование.
Помещения на предприятии могут быть оборудованы системами автоматического пожаротушения. При отсутствии таких систем в помещениях цехов устанавливаются средства индивидуального пожаротушения. При угрозе пожара следует привести в полную готовность пожарную дружину и звено пожаротушения. На предприятии существует система пожарной сигнализации, сигнал которой поступает на пульт охраны предприятия и в ближайшую пожарную часть.
Проектирование и эксплуатация всех промышленных предприятий регламентируется специальным документом НПБ 107-97 (Нормы пожарной безопасности). В соответствии с этим нормативным документом рабочее помещение по взрыво-пожароопасности относится к категории Д (несгораемые вещества и материалы в холодном состоянии); по категории электроопасности относится к помещениям без повышенной опасности.
Промышленная экология
Сборка весоизмерительного устройства осуществляется из покупных элементов. Однако элементы устанавливаются на печатную плату, которая изготавливается химическим путем. Химическое травление проводников на поверхности платы может осуществляться кислотами (H2SO4, Hl и др.), хлорным железом, медным купоросом.
Так как производство предполагается единичным или мелкосерийным, а размеры печатной платы не превышают 0.2м2, то превышение предельно допустимой концентрации не предвидится.
Предельно допустимая концентрация (ПДК) - это максимальная концентрация примеси в атмосфере, отнесенная к определенному времени, которая на протяжении всей жизни человека не оказывает ни на него, ни на окружающую среду в целом вредного воздействия.
Таким образом, весоизмерительное устройство оказывается относительно экологически чистыми изделием.
6.Расчетная часть
Расчет суммарного уровня производственного шума в рабочую точку.
При выполнении данного расчета зададимся следующими условиями: основной шум возникает при загрузке шихты в бункеры электровагон-весов. При этом можно выделить два источника шума: 1 - барабан, засыпающий материал, Lрк1= 60 дБ (октавный уровень звуковой мощности), rк1=1,5 м (расстояние до кабины машиниста), 2 - возникает при ударе шихты о дно бункера, Lрк2=80 дБ,rк2=2,5 м, площадь элемента, через который проникает звук Si = 3 м2, звукоизоляционная способность объекта Ri=30 дБ, необходимо определить уровень шума внутри кабины машиниста. К задаче приведен поясняющий рисунок.
Рис.8.1
Из основных способов снижения шума звукопоглощение и звукоизоляция на предприятиях наиболее применим последний. Он осуществляется либо в виде устройства звукоизолирующих кожухов, либо облицовок шумящего оборудования от другого, где повышенный уровень шума не допустим по условиям работы.
Рассчитаем уровень звукового давления, создаваемый источниками шума на границе кабины машиниста.
(8.1)
(8.2)
гдеФк - фактор направленности, безразмерный;
а - затухание звука в атмосфере, дБ/км.
Определим суммарный октавный уровень звукового давления, создаваемый всеми рассматриваемыми источниками шума.
(8.3)
Уровень звукового давления в расчетной точке вычислим по следующему уравнению.
(8.4)
где Bu - акустическая константа изолируемого помещения, м2.
Вывод: рассчитанный уровень производственного шума не превышает максимально допустимый согласно ГОСТ 12.1.003-83.
Оценка устойчивости объекта при взрыве газовоздушной смеси.
Задание: оценить устойчивость на опрокидывание электровагон-весов при разрыве трубопровода, испарением и последующим взрывом 80т пропана, рассчитать минимальное расстояние от источника взрыва до объекта, обеспечивающее устойчивость.
При авариях на предприятиях со взрывоопасной технологией, вследствие истечения газообразных или сжиженных продуктов и перемешивании их с воздухом образуются взрыво - и пожароопасные газовоздушные смеси. Смеси горючих газов (метана, пропана, бутана и др.) с воздухом взрывоопасны при любых температурах окружающей среды. Взрыв или возгорание этих газовоздушных смесей происходит при определенном содержании газа в воздухе (от нижнего концентрационного порога воспламенения до верхнего концентрационного порога воспламенения).
При взрыве газовоздушной смеси образуется очаг взрыва с ударной волной, вызывающей разрушения зданий, сооружений и оборудования аналогично тому, как это происходит от ударной волны ядерного взрыва.
В очаге взрыва выделяем три круговые зоны:
1. Зона детонационной волны - находится в пределах облака взрыва, ее радиус рассчитываем по следующей формуле:
(8.5)
В пределах первой зоны действует избыточное давление, которое может приниматься постоянным, Р1 = 1 700 кПа.
2. Зона действия продуктов взрыва - охватывает всю площадь разлета продуктов взрыва газовоздушной смеси в результате ее детонации, ее радиус:
(8.6)
избыточное давление в пределах этой зоны Р2 изменяется в пределах от 1350 до 300 кПа.
3. Зона действия ударной волны - формируется фронт ударной волны, распространяющийся по поверхности земли. Избыточное давление в этой зоне в зависимости от расстояния до центра взрыва рассчитывается исходя из следующей относительной величины:
(8.7)
где R3 - расстояние до точки, в которой необходимо определить избыточное давление Р3.
При К 2 (8.8)
При К> 2 (8.9)
Если элемент объекта или объект не является типичным, то характер разрушений можно рассчитать, зная действующие нагрузки, а также габариты и прочностные характеристики объекта.
При проведении оценочных расчетов по устойчивости достаточно знать наибольшие силы, действующие на здания, элементы оборудования и технику. При этом в зависимости от габаритов и особенностей конструкции степень разрушений будет определяться силой избыточного давления, либо силой скоростного напора, либо совместным действием обеих сил. Для сооружений и оборудования и предметов небольших размеров, быстро обтекаемых ударной волной, наибольшую опасность представляет скоростной напор воздуха Рск, двигающегося со скоростью V за фронтом ударной волны, которая рассчитывается по следующему уравнению:
(8.10)
где С0 = 340 м/с - скорость воздуха при нормальных условиях, РФ - избыточное давление, кПа; Р0 - атмосферное давление, кПа.
Давление скоростного напора определяется по формуле:
(8.11)
Помножив РСК на площадь стены S обтекаемого предмета и на ее коэффициент аэродинамического сопротивления СХ, получим смещающую силу:
(8.12)
Коэффициент аэродинамического сопротивления СХ зависит от формы тела, ориентации его относительно ударной волны и от скорости движения воздуха.
Высокие предметы, оборудование, вертикальные станки под воздействием ударной волны могут опрокидываться, что приводит к сильным разрушениям, выходам из строя входящих в состав оборудования элементов.
Смещающая сила РСМ, действующая на плече Z будет создавать опрокидывающий момент, а вес оборудования G на плече l/2 - стабилизирующий момент. Условием опрокидывания закрепленного оборудования будет являться превышение опрокидывающего момента над стабилизирующим:
(8.13)
Считаем, что точка приложения силы РСМ находится в центре площади S стороны предмета.
Рис.8.2
Стабилизирующий момент:
(8.14)
Смещающий момент и другие данные с учетом уравнений 8.7; 8.10; 8.11; 10.12 сведены в таблицу 8.1.
Таблица 8.1
|
R, м |
К |
Рф, кПа |
Рск, кПа |
Рсм, кН |
Мсм, кНм |
V, м/с |
|
|
150 |
0,483 |
219,52 |
131,02 |
4 769,04 |
14 307,12 |
460,99 |
|
|
200 |
0,644 |
119,51 |
43,57 |
1 585,89 |
4 757,67 |
250,96 |
|
|
250 |
0,805 |
77,54 |
19,33 |
703,74 |
2 111,22 |
162,84 |
|
|
300 |
0,966 |
55,55 |
10,21 |
371,65 |
1 114,94 |
116,65 |
|
|
350 |
1,127 |
42,36 |
6,04 |
219,96 |
659,87 |
88,96 |
|
|
400 |
1,288 |
33,72 |
3,87 |
140,99 |
422,96 |
70,80 |
|
|
450 |
1,449 |
27,68 |
2,63 |
95,83 |
287,50 |
58,13 |
|
|
500 |
1,610 |
23,27 |
1,87 |
68,14 |
204,42 |
48,87 |
|
|
550 |
1,771 |
19,93 |
1,38 |
50, 20 |
150,61 |
41,85 |
|
|
600 |
1,932 |
17,32 |
1,05 |
38,07 |
114,21 |
36,38 |
|
|
650 |
2,093 |
15, 19 |
0,81 |
29,37 |
88,11 |
31,91 |
|
|
700 |
2,254 |
13,66 |
0,65 |
23,78 |
71,34 |
28,68 |
С учетом расчетов, приведенных в таблице, построим графики смещающего и стабилизирующего моментов.
Рис.8.3
Вывод: из условия равновесия 8.13 следует, что если проектируемый объект находится на расстояния 370 м и более, то опрокидывания не произойдет, скорость ветра в граничной точке будет равна 85м/с.
Заключение
В настоящем дипломном проекте разрабатывалась микропроцессорная система управления асинхронным двигателем главного движения токарного станка.
Спроектированная система обеспечивает снижение потребляемой энергии.
Поскольку устройство построено на высокоинтегрированной микропроцессорной базе, то были достигнуты хорошие массогабаритные и функциональные показатели. Все элементы основного устройства размещаются на одной плате размерами 195х132мм.
В разделе "Технико-экономическое обоснование" проводился анализ структур систем управления, способов их реализации, по результатам которого был сделан выбор исходя из соображений минимальных затрат, простоты реализации, наличия элементной базы.
Основная часть дипломного проекта содержит необходимые расчеты, исходные тексты и алгоритмы программ, а так же выбор элементов системы управления в целях поддержания значений, указанных в техническом задании.
С помощью ЭВМ в программном пакете MatLab рассчитывались динамические характеристики источника, которые показывают, что отклонение параметров выходных значений не превышает заданное.
В разделе "Безопасность и экологичность проекта, рассматривались вопросы безопасности жизнедеятельности человека при эксплуатации и техническом обслуживании системы. Оценивалась устойчивость объекта к действию ударной волны, проводился расчет шума.
Организационно-экономическая часть содержит расчет экономического эффекта при внедрении в эксплуатацию данной разработки.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Проект структурной схемы микропроцессорной системы управления. Блок-схема алгоритма работы МПС; создание программы, обеспечивающей его выполнение. Распределение области памяти под оперативное и постоянное запоминающие устройства. Оценка ёмкости ПЗУ и ОЗУ.
курсовая работа [467,9 K], добавлен 21.05.2015Изучение устройства связи с датчиком и исполнительными механизмами, разработка блока памяти объёмом 80 кб. Характеристика программ, обеспечивающих выполнение заданного алгоритма и алгоритма обмена. Оценка микропроцессорной системы по аппаратным затратам.
практическая работа [154,1 K], добавлен 14.11.2011Разработка системы управления фрезерного станка. Описание механизма и механотронной системы. Выбор микроконтроллера для реализации системы управления. Выбор электронных ключей и драйверов. Разработка протокола взаимодействия и логики работы устройства.
курсовая работа [2,5 M], добавлен 22.05.2014Технические характеристики трехфазного асинхронного двигателя. Разработка схемы управления. Использование аккумуляторной батареи в качестве источника питания. Расчет тепловых режимов ключевых элементов, выбор теплоотвода. Смета затрат на разработку.
дипломная работа [915,9 K], добавлен 20.10.2013Разработка микропроцессорной системы управления технологическим объектом. Выбор и расчет элементов системы, разработка ее программного обеспечения. Составление структурных, функциональных и принципиальных схем микроконтроллеров семейства MCS-51.
курсовая работа [579,0 K], добавлен 20.09.2012Описание алгоритма работы и разработка структурной схемы микропроцессорной системы управления. Разработка принципиальной схемы. Подключение микроконтроллера, ввод цифровых и аналоговых сигналов. Разработка блок-схемы алгоритма главной программы.
курсовая работа [3,3 M], добавлен 26.06.2016Оптическая телевизионная система сопровождения цели. Выбор исполнительного двигателя следящей системы и передаточного отношения силового редуктора. Анализ принципиальной схемы устройства управления исполнительным двигателем. Выбор силовых транзисторов.
курсовая работа [3,0 M], добавлен 17.11.2012Анализ существующих систем контроля и управления доступом (СКУД). Разработка структурной схемы и описание работы устройства. Выбор и обоснование эмулятора для отладки программы работы СКУД. Отладка программы системы управления охранной сигнализацией.
курсовая работа [2,1 M], добавлен 23.03.2015Математическая модель технологического процесса. Структурная схема микропроцессорной системы. Алгоритм работы цифровой вычислительной машины. Расчет параметров устройства управления. Моделирование динамики системы с применением ППП "MatLab/Simulink".
курсовая работа [1016,6 K], добавлен 21.11.2012Структурная и функциональная схема управления исполнительными устройствами на базе шагового двигателя. Проектирование принципиальной схемы управления шаговым двигателем, описание ее работы и входящих в нее устройств. Составление алгоритма работы системы.
курсовая работа [613,8 K], добавлен 22.09.2012
