<<
>>

Анализ элементов, входящих в устройство преобразования «напряжение-ток» для системы управления охлаждением изделий

Как правило, устройства охлаждения изделий (УОИ) состоят из аппаратной части и специализированного программного обеспечения, осуществляющего управление исполнительными механизмами различных систем управления.

К аппаратной части системы управления относятся следующие вычислительные устройства: микроконтроллеры (например, PIC, Arduino) (рисунок 1.1, а,б); промышленные логические контроллеры (ПЛК) (например, Siemens, рисунок 1.1, в); ПИД-регуляторы; программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС, рисунок 1.1, г).

К программным решениям относятся различные системные оболочки, например, для управления ПЛК Simatic S7-1200 используется программное обеспечение TiaPortal v14.1. Для программирования микроконтроллеров Arduino - среда разработки Arduino IDE. Для программирования ПЛИС семейства Xilinx (Spartan 3E, Arty7) - среда разработки ISE Desing или Vivado. Программные средства различаются языками программирования, используемыми для программирования управляющих устройств. Например, в TiaPortal программирование ПЛК осуществляется с помощью языков LAD и FBD. В среде программирования Arduino IDE используется язык совместимый с C/C++. В среде разработки ISE Desing используются язык VerilogHDL [6].

Рисунок 1.1 - Управляющие устройства: а - Arduino Uno; б - Arduino

Mega; в-Simatic S7-200; б - Spartan-3E

В связи с необходимостью повышения быстродействия устройств принятия управляющих решений в системах реального времени рекомендуется использовать параллельно-конвейерные программируемые логические интегральные схемы. Сравнительный анализ характеристик вышеуказанных устройств, представлен в таблице 1.1.

Таблица 1.1

Сравнительный анализ характеристик вычислителей

Arduino

Mega

Arduino Uno Spartan 3E
Микроконтроллер ATmega2560 ATmega328p XC3S1200E
Рабочее напряжение (В) 5 5 5
Входное напряжение (В) 6 - 20 6 - 20 1.1- 3.5
Число цифровых входов/выходов 54 14 784
Флеш-память (Kb) 128 32 16 Mb
Тактовая частота (MHz) 16 16 5 - 333
Встроенные ЦАП и АЦП Да Да Да
Поддержка многопоточности Нет Нет Да

Анализ сравнительных характеристик, представленных в таблице 1.1, показал, что ПЛИС позволяют обеспечить параллельно-конвейерную обработку данных, что обеспечивает повышение производительности вычислителей на 3 и более порядка.

В качестве систем активного контроля используются различные датчики, позволяющие в режиме реального времени обеспечивать контроль за разнообразными процессами. Как правило, датчики различаются по типу контролируемых параметров и по физическому эффекту, используемому для получения сигнала из контролируемой области. В системе управления охлаждением изделий используются следующие датчики: температурные, датчики определения силы тока и скорости вращения.

В системах управления используются как полупроводниковые температурные датчики, например, LM35 (TMP35) и DS18B20, так и термопары с чипами для подключения к микроконтроллерам, например, датчик MAX6675 [7]. Технические характеристики датчиков температуры сведены в таблицу 1.2.

Таблица 1.2

Технические характеристики датчиков температуры

В таблице 1.3 представлены структурная схема подключения датчика LM35 к микроконтроллеру Arduino и программный код.

Таблица 1.3

Схема подключения датчика LM35 и программный код

В таблице 1.4 представлены структурная схема подключения датчика MAX6675 к микроконтроллеру Arduino и программный код.

Таблица 1.4

Схема подключения датчика MAX6675 и программный код

В таблице 1.5 представлены сравнительные характеристики датчиков тока [8÷11]. Они подразделяются на датчики: основанные на эффекте Холла; трансформаторного типа; резистивные датчики.

Таблица 1.5

Характеристики датчиков тока

Характеристика Датчики Холла Т рансформаторного типа Резистивные датчики
Номинальное напряжение (кВ) до 6 до 0,66 До 1
Диапазон рабочих температур (С) -40 - +150 -45 - +50 -40 - +60
Номинальные токи (А) до 1000 До 1000 До 20
измеряемый ток постоянный /переменный Переменный Постоянный
Погрешность измерений (%) 10 5 1
Частотный диапазон (кГц) 200 50/60/400Гц 100
Г альваническая развязка есть есть нет

Рисунок 1.2 - Датчики тока: а - на эффекте Холла; б - трансформатор тока;

в - резистивные датчики

В таблице 1.

6 представлены структурная схема подключения датчика

ХоллаACS758 к микроконтроллеру Arduino и программный код.

Таблица 1.6

Программный код для подключения датчика

Схема подключения

Программный код

const int numReadings = 30;

float readings[numReadings];

int index = 0;

float total = 0;

float average = 0;

float currentValue = 0;

void setup()

{

Serial.begin(115200);

for (int thisReading = 0;

thisReading < numReadings; thisReading++)

readings[thisReading] = 0;

}

void loop()

{

total= total - readings[index];

readings[index] = analogRead(0);

readings[index] = (readings[index]-512)*5/1024/0.04-0.04; total= total + readings[index];

index = index + 1;

if (index >= numReadings) index = 0;

average = total/numReadings;

currentValue= average;

Serial.println(currentValue);

delay(10); }

Технические характеристики датчиков скорости вращения [12] сведены в таблицу 1.7.

Таблица 1.7

Характеристики датчиков скорости вращения

В таблице 1. 8 представлены структурная схема подключения датчика скорости к микроконтроллеру Arduino и программный код.

Таблица 1.8 Программный код для подключения датчика

Учитывая вышесказанное, обобщенная схема системы управления охлаждения изделий содержит следующие блоки (рисунок 1.3): блок датчиков (Д и ДТ); микроконтроллер (МК); блок принятия решений (БПР); устройство принятия решений (УПР); исполнительный механизм (ИМ); блок управления интенсивностью охлаждения (БУИО); тремоэлемент (элемент Пельтье) (ЭП); режущий инструмент (РИ).

Рисунок 1.3 - Обобщенная структурная схема системы управления

охлаждением изделий

1.2

<< | >>
Источник: Абдулджаббар Мухаммед Абдулла Абдулбари. МОДЕЛЬ, МЕТОД, АЛГОРИТМ И УСТРОЙСТВО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ДЛЯ НЕЧЕТКОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ОХЛАЖДЕНИЕМ изделий. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Курск - 2018. 2018

Еще по теме Анализ элементов, входящих в устройство преобразования «напряжение-ток» для системы управления охлаждением изделий:

  1. 3. 1. Бюджетное устройство и его типы
  2. 34. АВТОМАТИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ ДОКУМЕНТООБОРОТОМ
  3. 19. Информация как философская и массовая информация как журналистская категория.
  4. 19. Информация как философская и массовая информация как журналистская категория.
  5. 3Постоянный э/ток.
  6. 4. Взаимодействие токов.
  7. 5. Магнитное поле в веществе. Молекулярные токи Ампера. Вектор намагничивания.
  8. Свободные незатухающие колебания в контуре без активного сопротивления
  9. 19. Закон полного тока для магнитного поля в вакууме (теорема о циркуляции вектора магнитной индукции)
  10. 26. Закон полного тока в веществе. Магнитная восприимчивость вещества. Магнитная проницаемость среды. Напряженность магнитного поля