Помощь студентам в учебе
Автоматизированная система контроля токоподвода
|
АННОТАЦИЯ 2
Введение 6
1 Постановка задачи 12
1.1 Техническое задание на разработку контрольно -проверочной аппаратуры
(КПА) для контроля сопротивлений токоподвода 12
1.1.2 Назначение, цели разработки и требования к аппаратуре 14
1.1.3 Требования к аппаратуре 14
1.1.4 Требования к программному обеспечению 14
1.2 Анализ технического задания 15
2 Анализ рабочего места до модернизации и анализ необходимости
модернизации 17
3 Схемотехнический раздел 19
3.1 Разработка структурной схемы изделия 19
3.2 Разработка функциональной схемы 21
3.3 Принцип работы КПА 23
3.3.1 Измерение сопротивления цепей аппаратуры (внутреннее
сопротивление) 24
3.3.2 Измерения сопротивления цепей токоподвода 24
3.4 Разработка электрической схемы 25
3.4.1 Источник питания 26
3.4.2 Контроллер 29
3.4.3 Модуль аналогового ввода (АЦП) 32
3.4.4 Модуль дискретного вывода 35
3.4.5 Блок реле 37
3.4.6 Источник тока 41
3.4.7 Реле К1 45
3.4.8 Конвертер 47
3.4.9 Мультиметр 49
3.5 Дополнительные расчеты 52
3.5.1 Расчет резистивного делителя напряжения 52
3.5.2 Длительность одного оборота устройства вращения 53
3.5.3 Период измерений 53
3.5.4 Количество измерений за один оборот устройства вращения 54
3.5.5 Расчет параметров для источника тока 54
3.5.6 Расчет точности производимых измерений 55
4 Разработка программного обеспечения 56
4.1 Назначение программы 56
4.2 Требования к программе 56
4.3 Выбор языка программирования 57
4.4 Меню программы 62
4.5 Проверка сопротивления цепей аппаратуры 65
4.6 Первичная проверка 70
5 Регламентная проверка 79
Заключение 87
Библиографический список 88
Приложение А Блок-диаграммы программы 92
Приложение Б Схема электрическая принципиальная Пульт 107
Приложение В Перечень элементов Пульт 108
Приложение Г Схема электрическая принципиальная Источник тока 109
Приложение Д Перечень элементов Источник тока 110
Приложение Е Схема электрическая принципиальная Блок реле 111
Введение 6
1 Постановка задачи 12
1.1 Техническое задание на разработку контрольно -проверочной аппаратуры
(КПА) для контроля сопротивлений токоподвода 12
1.1.2 Назначение, цели разработки и требования к аппаратуре 14
1.1.3 Требования к аппаратуре 14
1.1.4 Требования к программному обеспечению 14
1.2 Анализ технического задания 15
2 Анализ рабочего места до модернизации и анализ необходимости
модернизации 17
3 Схемотехнический раздел 19
3.1 Разработка структурной схемы изделия 19
3.2 Разработка функциональной схемы 21
3.3 Принцип работы КПА 23
3.3.1 Измерение сопротивления цепей аппаратуры (внутреннее
сопротивление) 24
3.3.2 Измерения сопротивления цепей токоподвода 24
3.4 Разработка электрической схемы 25
3.4.1 Источник питания 26
3.4.2 Контроллер 29
3.4.3 Модуль аналогового ввода (АЦП) 32
3.4.4 Модуль дискретного вывода 35
3.4.5 Блок реле 37
3.4.6 Источник тока 41
3.4.7 Реле К1 45
3.4.8 Конвертер 47
3.4.9 Мультиметр 49
3.5 Дополнительные расчеты 52
3.5.1 Расчет резистивного делителя напряжения 52
3.5.2 Длительность одного оборота устройства вращения 53
3.5.3 Период измерений 53
3.5.4 Количество измерений за один оборот устройства вращения 54
3.5.5 Расчет параметров для источника тока 54
3.5.6 Расчет точности производимых измерений 55
4 Разработка программного обеспечения 56
4.1 Назначение программы 56
4.2 Требования к программе 56
4.3 Выбор языка программирования 57
4.4 Меню программы 62
4.5 Проверка сопротивления цепей аппаратуры 65
4.6 Первичная проверка 70
5 Регламентная проверка 79
Заключение 87
Библиографический список 88
Приложение А Блок-диаграммы программы 92
Приложение Б Схема электрическая принципиальная Пульт 107
Приложение В Перечень элементов Пульт 108
Приложение Г Схема электрическая принципиальная Источник тока 109
Приложение Д Перечень элементов Источник тока 110
Приложение Е Схема электрическая принципиальная Блок реле 111
Измерением называется процесс нахождения опытным путем значения физической величины с помощью специальных технических средств. Чтоб измерять электрическую величину используют технические средства, кото - рые имеют определенные метрологические характеристики. Их называют средствами измерения.
Измерительные установки и приборы, меры, измерительные преобразо - ватели - это все относится к средствам измерения.
Электроизмерительные приборы широко используются при наблюдении за работой электроустановок, при контроле за их состоянием и режимами ра - боты, при учете расхода и качества электрической энергии, при ремонте и наладке электротехнического оборудования.
Средства измерения электрических величин подразделяются на не - сколько категорий в зависимости от назначения:
Меры:
Данные средства служат для воспроизведения величины некоторого за - данного размера - как, например, резистор, воспроизводящий с известной погрешностью определенное сопротивление.
Измерительные преобразователи:
Формируют сигнал в форме, удобной для хранения, преобразования, передачи. Для непосредственного восприятия информация такого рода недоступна.
Электроизмерительные приборы:
Эти средства предназначены для представления информации в доступ - ной наблюдателю форме. Они могут быть переносными или стационарными, аналоговыми или цифровыми, регистрирующими или сигнализирующими.Электроизмерительные установки:
Представляют собой комплексы вышеперечисленных средств и допол - нительных устройств, сосредоточенные в одном месте. Установки позволяют проводить более сложные измерения (например, магнитных характеристик или удельного сопротивления), служат как поверочные или эталонные устройства.
Электроизмерительные системы:
Тоже являются совокупностью различных средств. Однако, в отличие от установок, приборы для измерения электрических величин и прочие средства в составе системы рассредоточены. С помощью систем можно измерять несколько величин, хранить, обрабатывать и передавать сигналы измеритель - ной информации.
При необходимости решения какой-либо конкретной сложной измерительной задачи формируют измерительно-вычислительные комплексы, объединяющие ряд устройств и электронно-вычислительную аппаратуру. [17]
Все выше перечисленные средства можно рассортировать по следую - щим признакам: по способу регистрации и представления информации, ее виду и методу измерения.
По виду получаемой информации:
• Электрические (мощность, ток и т.д.);
• Не электрические (давление, скорость);
По методу измерения:
• Сравнение (компенсаторы, измерительные мосты);
• Непосредственная оценка (ваттметр, вольтметр);
По способу представления:
• Цифровые;
• Аналоговые (электронные или электромеханические);Для расширения пределов измерения электрических приборов на посто - янном токе используются шунты (для тока) и добавочные сопротивления Rd (для напряжения); на переменном токе трансформаторы тока (тт) и напряже- ния (тн).
Используемые приборы для измерения электрических величин:
Измерение напряжения осуществляется вольтметром (V), подключаемым непосредственно на зажимы исследуемого участка электрической цепи.
Измерение тока осуществляется амперметром (А), включаемым последовательно с элементами исследуемой цепи.
Измерение сопротивления электрической цепи (R) осуществляется ом - метром.
Измерение мощности (W) и сдвига фаз ( ) в цепях переменного тока производится с помощью ваттметра и фазометра. Эти приборы имеют две обмотки: неподвижную токовую, которая включается последовательно, и подвижную обмотку напряжения, включаемую параллельно.
Для измерения частоты переменного тока (f) применяются частотомет- ры.
Для измерения и учета электрической энергии - счетчики электрической энергии, подключаемые к измерительной цепи аналогично ваттметрам.
Основными характеристиками электроизмерительных приборов явля- ются: погрешность, вариации показаний, чувствительность, потребляемая мощность, время установления показаний и надежность.
Самая большая разность показаний одного и того же устройства при од - ном и том же показании измеряемой величины называют вариацией показа - ний. Основная причина ее появления это трения в подвижных частях уст - ройств.Основными частями электромеханических приборов являются электро - измерительная цепь и измерительный механизм.[18][19]
Электрическое сопротивление. Методы и средства измерения сопротив - ления:
Любое тело, по которому протекает электрический ток, оказывает ему определенное сопротивление. Свойство материала проводника препятство - вать прохождению через него электрического тока называется электриче - ским сопротивлением.
Электронная теория так объясняет сущность электрического сопротив - ления металлических проводников: свободные электроны при движении по проводнику бесчисленное количество раз встречают на своем пути атомы и другие электроны и, взаимодействуя с ними, неизбежно теряют часть своей энергии. Электроны испытывают как бы сопротивление своему движению. Различные металлические проводники, имеющие различное атомное строе - ние, оказывают различное сопротивление электрическому току.
Сопротивление обозначается латинскими буквами R или r.
За единицу электрического сопротивления принят [Ом].
Ом есть сопротивление столба ртути высотой 106,3 см с поперечным се - чением 1 мм2 при температуре 0° С.
Чем больше сопротивление проводника, тем хуже он проводит электри - ческий ток, и, наоборот, чем меньше сопротивление проводника, тем легче электрическому току пройти через этот проводник. Сопротивление различ - ных проводников зависит от материала, из которого они изготовлены.
Электрическое сопротивление проводника равно удельному сопротив - лению материала, из которого этот проводник сделан, умноженному на длину проводника и деленному на площадь площадь поперечного сечения про - водника:
R = р*1 / S, [1]где - R - сопротивление проводника, Ом, р - удельное сопротивление материала Ом*мм2/м, l - длина в проводника в м, S -площадь поперечного сечения проводника, мм2.
Установлено, что с повышением температуры сопротивление металли - ческих проводников возрастает, а с понижением уменьшается. Это увеличе - ние или уменьшение сопротивления для проводников из чистых металлов почти одинаково и в среднем равно 0,4% на 1°C. Сопротивление жидких проводников и угля с увеличением температуры уменьшается.[20]
Электрическое сопротивление является одним из основных параметром электрической цепи. Оно также служит важным показателем исправности и качества действия многих элементов электрорадиоцепей - соединительных проводов, коммутирующих устройств, различного рода катушек и обмоток и т. д.
Возможные значения сопротивлений, необходимость измерения кото - рых на практике возникает постоянно, лежат в широких пределах - от тысячных долей Ом и менее (сопротивления отрезков проводников, контактных переходов, экранировки, шунтов и т. п.) до тысяч МОм и более (сопротивле - ния изоляции и утечки конденсаторов, поверхностное и объёмное сопротивления электроизоляционных материалов и т. п.). Наиболее часто приходится измерять сопротивления средних значений - примерно от 1 Ом до 1 МОм.
Основными методами измерения сопротивления являются: косвенный метод (с применением измерителей напряжения и тока); метод непосредственной оценки при помощи омметров и мегомметров; мостовой метод. При проведении измерений на переменном токе будет определяться полное со - противление электрических цепей или их элементов, содержащее активную и реактивную составляющие. Если частота переменного тока не велика (область низких частот) и в проверяемой цепи преобладают элементы активного сопротивления, то результаты измерений могут оказаться близкими к полу - чаемым при измерениях на постоянном токе.
При отсутствии специальных приборов приближенное представление о порядке электрических сопротивлений цепей и элементов можно получить с помощью простейших индикаторных устройств - электрических пробников.
Если измерение сопротивлений резисторов (или иных параметров элек - трорадиодеталей) производится непосредственно в монтаже какой-либо установки, необходимо предварительно убедиться, что источники питания отключены, высоковольтные конденсаторы разряжены, а параллельно проверяемой детали не присоединены другие элементы, которые могут оказать влияние на результаты измерений.[21]
Целью данного дипломного проекта является разработка автоматизированной системы контроля токоподвода (ТП).
Система выполняет следующие функции:
- Коммутацию цепей ТП;
- Контроль, измерение и математическую обработку параметров сопротивлений цепей ТП, сравнение с допусками и протоколирование результатов проверки системы и ТП;
- Вывод графиков изменения сопротивления с указанием номеров цепей;
- Расчет максимальных значений R и AR цепей токоподвода;
- Выявление брака, обрывов в цепях токоподвода по результатам изме - рения сопротивления.
Исходя из принятых на предприятии обозначений в дальнейшем будем именовать её контрольно-проверочной аппаратурой для контроля сопротивления токоподвода.
Измерительные установки и приборы, меры, измерительные преобразо - ватели - это все относится к средствам измерения.
Электроизмерительные приборы широко используются при наблюдении за работой электроустановок, при контроле за их состоянием и режимами ра - боты, при учете расхода и качества электрической энергии, при ремонте и наладке электротехнического оборудования.
Средства измерения электрических величин подразделяются на не - сколько категорий в зависимости от назначения:
Меры:
Данные средства служат для воспроизведения величины некоторого за - данного размера - как, например, резистор, воспроизводящий с известной погрешностью определенное сопротивление.
Измерительные преобразователи:
Формируют сигнал в форме, удобной для хранения, преобразования, передачи. Для непосредственного восприятия информация такого рода недоступна.
Электроизмерительные приборы:
Эти средства предназначены для представления информации в доступ - ной наблюдателю форме. Они могут быть переносными или стационарными, аналоговыми или цифровыми, регистрирующими или сигнализирующими.Электроизмерительные установки:
Представляют собой комплексы вышеперечисленных средств и допол - нительных устройств, сосредоточенные в одном месте. Установки позволяют проводить более сложные измерения (например, магнитных характеристик или удельного сопротивления), служат как поверочные или эталонные устройства.
Электроизмерительные системы:
Тоже являются совокупностью различных средств. Однако, в отличие от установок, приборы для измерения электрических величин и прочие средства в составе системы рассредоточены. С помощью систем можно измерять несколько величин, хранить, обрабатывать и передавать сигналы измеритель - ной информации.
При необходимости решения какой-либо конкретной сложной измерительной задачи формируют измерительно-вычислительные комплексы, объединяющие ряд устройств и электронно-вычислительную аппаратуру. [17]
Все выше перечисленные средства можно рассортировать по следую - щим признакам: по способу регистрации и представления информации, ее виду и методу измерения.
По виду получаемой информации:
• Электрические (мощность, ток и т.д.);
• Не электрические (давление, скорость);
По методу измерения:
• Сравнение (компенсаторы, измерительные мосты);
• Непосредственная оценка (ваттметр, вольтметр);
По способу представления:
• Цифровые;
• Аналоговые (электронные или электромеханические);Для расширения пределов измерения электрических приборов на посто - янном токе используются шунты (для тока) и добавочные сопротивления Rd (для напряжения); на переменном токе трансформаторы тока (тт) и напряже- ния (тн).
Используемые приборы для измерения электрических величин:
Измерение напряжения осуществляется вольтметром (V), подключаемым непосредственно на зажимы исследуемого участка электрической цепи.
Измерение тока осуществляется амперметром (А), включаемым последовательно с элементами исследуемой цепи.
Измерение сопротивления электрической цепи (R) осуществляется ом - метром.
Измерение мощности (W) и сдвига фаз ( ) в цепях переменного тока производится с помощью ваттметра и фазометра. Эти приборы имеют две обмотки: неподвижную токовую, которая включается последовательно, и подвижную обмотку напряжения, включаемую параллельно.
Для измерения частоты переменного тока (f) применяются частотомет- ры.
Для измерения и учета электрической энергии - счетчики электрической энергии, подключаемые к измерительной цепи аналогично ваттметрам.
Основными характеристиками электроизмерительных приборов явля- ются: погрешность, вариации показаний, чувствительность, потребляемая мощность, время установления показаний и надежность.
Самая большая разность показаний одного и того же устройства при од - ном и том же показании измеряемой величины называют вариацией показа - ний. Основная причина ее появления это трения в подвижных частях уст - ройств.Основными частями электромеханических приборов являются электро - измерительная цепь и измерительный механизм.[18][19]
Электрическое сопротивление. Методы и средства измерения сопротив - ления:
Любое тело, по которому протекает электрический ток, оказывает ему определенное сопротивление. Свойство материала проводника препятство - вать прохождению через него электрического тока называется электриче - ским сопротивлением.
Электронная теория так объясняет сущность электрического сопротив - ления металлических проводников: свободные электроны при движении по проводнику бесчисленное количество раз встречают на своем пути атомы и другие электроны и, взаимодействуя с ними, неизбежно теряют часть своей энергии. Электроны испытывают как бы сопротивление своему движению. Различные металлические проводники, имеющие различное атомное строе - ние, оказывают различное сопротивление электрическому току.
Сопротивление обозначается латинскими буквами R или r.
За единицу электрического сопротивления принят [Ом].
Ом есть сопротивление столба ртути высотой 106,3 см с поперечным се - чением 1 мм2 при температуре 0° С.
Чем больше сопротивление проводника, тем хуже он проводит электри - ческий ток, и, наоборот, чем меньше сопротивление проводника, тем легче электрическому току пройти через этот проводник. Сопротивление различ - ных проводников зависит от материала, из которого они изготовлены.
Электрическое сопротивление проводника равно удельному сопротив - лению материала, из которого этот проводник сделан, умноженному на длину проводника и деленному на площадь площадь поперечного сечения про - водника:
R = р*1 / S, [1]где - R - сопротивление проводника, Ом, р - удельное сопротивление материала Ом*мм2/м, l - длина в проводника в м, S -площадь поперечного сечения проводника, мм2.
Установлено, что с повышением температуры сопротивление металли - ческих проводников возрастает, а с понижением уменьшается. Это увеличе - ние или уменьшение сопротивления для проводников из чистых металлов почти одинаково и в среднем равно 0,4% на 1°C. Сопротивление жидких проводников и угля с увеличением температуры уменьшается.[20]
Электрическое сопротивление является одним из основных параметром электрической цепи. Оно также служит важным показателем исправности и качества действия многих элементов электрорадиоцепей - соединительных проводов, коммутирующих устройств, различного рода катушек и обмоток и т. д.
Возможные значения сопротивлений, необходимость измерения кото - рых на практике возникает постоянно, лежат в широких пределах - от тысячных долей Ом и менее (сопротивления отрезков проводников, контактных переходов, экранировки, шунтов и т. п.) до тысяч МОм и более (сопротивле - ния изоляции и утечки конденсаторов, поверхностное и объёмное сопротивления электроизоляционных материалов и т. п.). Наиболее часто приходится измерять сопротивления средних значений - примерно от 1 Ом до 1 МОм.
Основными методами измерения сопротивления являются: косвенный метод (с применением измерителей напряжения и тока); метод непосредственной оценки при помощи омметров и мегомметров; мостовой метод. При проведении измерений на переменном токе будет определяться полное со - противление электрических цепей или их элементов, содержащее активную и реактивную составляющие. Если частота переменного тока не велика (область низких частот) и в проверяемой цепи преобладают элементы активного сопротивления, то результаты измерений могут оказаться близкими к полу - чаемым при измерениях на постоянном токе.
При отсутствии специальных приборов приближенное представление о порядке электрических сопротивлений цепей и элементов можно получить с помощью простейших индикаторных устройств - электрических пробников.
Если измерение сопротивлений резисторов (или иных параметров элек - трорадиодеталей) производится непосредственно в монтаже какой-либо установки, необходимо предварительно убедиться, что источники питания отключены, высоковольтные конденсаторы разряжены, а параллельно проверяемой детали не присоединены другие элементы, которые могут оказать влияние на результаты измерений.[21]
Целью данного дипломного проекта является разработка автоматизированной системы контроля токоподвода (ТП).
Система выполняет следующие функции:
- Коммутацию цепей ТП;
- Контроль, измерение и математическую обработку параметров сопротивлений цепей ТП, сравнение с допусками и протоколирование результатов проверки системы и ТП;
- Вывод графиков изменения сопротивления с указанием номеров цепей;
- Расчет максимальных значений R и AR цепей токоподвода;
- Выявление брака, обрывов в цепях токоподвода по результатам изме - рения сопротивления.
Исходя из принятых на предприятии обозначений в дальнейшем будем именовать её контрольно-проверочной аппаратурой для контроля сопротивления токоподвода.
В данной выпускной квалификационной работе разработана автоматизированная система контроля сопротивления токоподвода.
Она предназначена для модернизации существующего рабочего места в части проверки надежности контакта и сопротивлений цепей.
Актуальность данного проекта обусловлена необходимостью создания устройства, обеспечивающего контроль сопротивления токоподвода для вы - явления дефектов цепей.
Разработаны структурная, функциональная, электрическая принципи - альная схема устройства. Произведен подбор и обоснование выбора эле - ментной базы. Разработано программное обеспечения для работы устройства.
Требования задания на выпускную квалификационную работу полно - стью выполнены, разработка автоматизированной системы контроля сопротивления токоподвода проведена успешно.
Она предназначена для модернизации существующего рабочего места в части проверки надежности контакта и сопротивлений цепей.
Актуальность данного проекта обусловлена необходимостью создания устройства, обеспечивающего контроль сопротивления токоподвода для вы - явления дефектов цепей.
Разработаны структурная, функциональная, электрическая принципи - альная схема устройства. Произведен подбор и обоснование выбора эле - ментной базы. Разработано программное обеспечения для работы устройства.
Требования задания на выпускную квалификационную работу полно - стью выполнены, разработка автоматизированной системы контроля сопротивления токоподвода проведена успешно.
