Сопряжение с тахогенераторами

3.2.9 Сопряжение с тахогенераторами

Со статорной обмотки тахогенератора снимается сигнал напряжения, пропорциональный частоте вращения вала ротора. При максимальной измеряемой частоте 400 с^-1 ЭДС статорной обмотки равно 11В. Частота вращения валка составляет 2-20 с^-1, следовательно, пропорционально уменьшается снимаемая с обмотки ЭДС:

(В).

Следовательно, необходим промежуточный усилитель, с коэффициентом усиления по напряжению равным:

,

схема которого аналогична схеме сопряжения с датчиками расхода (исключается резистор – датчик напряжения R1). Величина сопротивления резистора обратной связи:

(Ом).

3.2.10 Проектирование модулей АЦП и ЦАП

Модуль аналого-цифрового преобразования построен на интегральной схеме АЦП типа К1113ПВ1 – десятиразрядный АЦП, сопрягаемый с микропроцессором. Эта микросхема не требует дополнительных устройств выборки и хранения и промежуточных буферных регистров. Для нормальной работы преобразователя необходимо ввести промежуточный нормирующий усилитель на интегральной микросхеме ОУ типа 140УД8.

Сигналы для преобразования поступают от 24 измерительных преобразователей непрерывного действия. Для упрощения схемы модуля АЦП (установки только одной микросхемы К1113ПВ1 и уменьшения числа оптопар для гальванической развязки силовой и информационной цепей) необходимо включение аналоговых мультиплексоров общей структурой 24-1. Применим микросхемы типа К590КН6 – аналоговые коммутаторы 8-1, для полного переключения всех сигналов необходимы три такие микросхемы. Для выбора одного из 24 каналов необходимы 5 разрядов адреса: 3 для выбора канала в микросхеме и 2 для выбора необходимой микросхемы.

Микросхема К1113ПВ1 содержит устройство выборки и хранения, собственно АЦП и промежуточные буферные регистры, – т. е. в случае ее применения не требуется включения каких либо дополнительных устройств.

Модуль цифро-аналогового преобразования построен на интегральной микросхеме ЦАП типа К572ПА1 – восьмиразрядный цифро-аналоговый преобразователь. Для получения сигналов напряжения разной полярности был разработан управляемый источник опорного напряжения. Для получения сигналов тока, необходимых для управления пропорциональными распределителями, разработаны генераторы стабильного тока управления.

Максимальный выходной ток генератора составляет 1А. Дискретность преобразования микросхемы К572ПА1 составляет 256. Максимальный ход золотника управления в пропорциональных распределителях равен 1мм, при этом скорость вращения валка является максимальной – 20 с^-1, следовательно, минимальная скорость вращения, которую позволит такая система управления, будет составлять 0,078 с^-1.

Для системы регулирования подачи воздуха и газа на горелки: максимальный ход золотника управления равен 100мм, при этом расход газа через распределитель равен 10м³/ч, следовательно, минимальный расход составляет 0,039м³/ч, что позволяет управлять процессом градиентного нагрева в очень широких пределах, за счет раздельного согласованного регулирования частоты вращения валка и подачи газовоздушной смеси в рабочее пространство печи.

3.2.11 Сопряжение с датчиками перемещения

Датчики перемещения типа HSM-150/2 представляют собой фотоэлектрические преобразователи величины линейного перемещения в две последовательности импульсов ТТЛ-уровня, сдвинутых относительно друг друга на 90, что позволяет определять не только величину перемещения, но и направление движения.

По техническим характеристикам датчика: дискретность составляет 15 импульсов на миллиметр, или:

(имп.),

где N – число импульсов за полное перемещение линейки;

d – паспортная дискретность датчика, имп./мм;

l – длина рабочей части датчика, мм.

Для преобразования величины перемещения в параллельный код необходимо счетное устройство с параллельным выводом информации. Для организации такого устройства применим двоичные реверсивные счетчики типа 555ИЕ7. Определим необходимое число микросхем для полного подсчета числа импульсов при полном перемещении подвижной линейки датчика. Необходимое число двоичных разрядов:

,

принимаем N_ДВ=17 двоичных разрядов.

Т.к. микросхемы 555ИЕ7 имеют четырехбитовую организацию, то необходимое число микросхем:

.

Принимаем 4 микросхемы 555ИЕ7 (16 двоичных разрядов) и одну микросхему 555ТМ2 (два асинхронных D триггера с прямыми и инверсными выходами и раздельными установкой и сбросом).

Причем D-триггеры необходимо включить в режиме счетных T-триггеров, для чего необходимо соединить инверсный выход триггера с тактовым входом (принципиальная схема устройства приведена в графической части проекта – чертеж ДП10.96502.007Э3).

Организация работы микросхем 555ИЕ7 позволяет без каких-либо дополнительных устройств автоматически определять направление счета – два счетных входа «+1» и «-1» работают синхронно по фронту поступающего импульса: когда на входе «+1» появляется высокий уровень, а на входе «-1» проходит фронт импульса, счетчик воспринимает это как декремент текущего состояния триггеров, и наоборот – когда на входе «-1» высокий уровень, а на входе «+1» – фронт импульса – происходит инкрементирование текущего значения.

Вход R – сброс текущего состояния – имеет приоритет над всеми остальными входами микросхемы и используется для обнуления содержимого счетчиков в конце каждого заданного перемещения валка, чтобы избежать появления постоянно нарастающей накопленной погрешности, составляющей 0.01% на одно полное перемещение подвижной линейки датчика, а с учетом фазового сдвига между последовательностями на счетных входах микросхем 555ИЕ7 эта погрешность будет зависеть еще и от частоты прохождения импульсов, т.е. – от скорости перемещения валка.

3.3 Выбор необходимых источников питания для устройств сопряжения и согласования

По рассчитанным ранее элементам принципиальной схемы системы регулирования, контроля и регистрации потребления энергоносителей определим необходимые величины питающих напряжений для обеспечения нормальных режимов работы всех блоков системы.

Для устройств, в состав которых входят микросхемы операционных усилителей (140УД6, 140УД7, К544УД2) необходимы источники питания, обеспечивающие двухполярное напряжение 15В, при токе (общий ток потребления устройствами сопряжения от такого источника) около 2.5А.

Для устройств, в состав которых входят микросхемы серии 555, необходим источник питания с напряжением +5В и током нагрузки не менее 1-2А.

Для генераторов стабильного тока необходим источник напряжения 24В с током нагрузки не менее 25А по каждому каналу.

Кроме того, для питания первичных преобразователей нужны следующие напряжения:

+5В, -5В, +12В – для питания датчика перемещения HSM-150/2;

36В – для питания измерительных преобразователей давления САПФИР-22ДИ;

+24В – для питания измерительных преобразователей расхода ДРПГ-60.

Принимаем к установке следующие типы блоков питания:

22БП36 – для питания преобразователей САПФИР-22ДИ (входят в комплект поставки);

БПМ-303М – для питания преобразователей HSM-150/2 и ДРПГ-60 (обеспечивает следующие величины напряжений:

+5В при токе 5А;

-5В при токе 5А;

+12В при токе 0.5А;

+24В при токе 0.1А);

УБП-24/50-3 УХЛ4.2 – для питания генераторов стабильного тока (обеспечивает напряжение 24В при токе нагрузки 50А по каждому каналу);

УБП-15/10-2 УХЛ4.2 – для питания устройств, в состав которых входят микросхемы операционных усилителей (обеспечивает напряжение 15В при токе нагрузки 10А по каждому каналу);

D2-10M – для питания устройств, в состав которых входят микросхемы серии 555 (обеспечивает напряжение +50,5В при токе нагрузки до 2.5А).