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 датчикаХоллаACS758 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
Еще по теме Анализ элементов, входящих в устройство преобразования «напряжение-ток» для системы управления охлаждением изделий:
- 3. 1. Бюджетное устройство и его типы
- 34. АВТОМАТИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ ДОКУМЕНТООБОРОТОМ
- 19. Информация как философская и массовая информация как журналистская категория.
- 19. Информация как философская и массовая информация как журналистская категория.
- 3Постоянный э/ток.
- 4. Взаимодействие токов.
- 5. Магнитное поле в веществе. Молекулярные токи Ампера. Вектор намагничивания.
- Свободные незатухающие колебания в контуре без активного сопротивления
- 19. Закон полного тока для магнитного поля в вакууме (теорема о циркуляции вектора магнитной индукции)
- 26. Закон полного тока в веществе. Магнитная восприимчивость вещества. Магнитная проницаемость среды. Напряженность магнитного поля