Министерство образования Российской Федерации

Южно-Уральский государственный университет Кафедра Автоматика

«Система управления реле»

Пояснительная записка к курсовому проекту по курсу АПС СА и У

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

на курсовой проект «Система управления реле»

Разрабатываемая система предназначена для дистанционного управления электрическими пускателями.

Исходные данные:

Система предназначена для управления из диспетчерской удаленными электрическими пускателями технологического оборудования в цехе. Расстояние между цехом и диспетчерской не превышает 1 км.

Для включения пускателя система должна формировать релейный сигнал с параметрами:

— напряжение коммутации — 220В,

— ток коммутации — до 1 А.

Общее количество выдаваемых релейных сигналов — 16.

Сигнал на включение (выключение) пускателей формируется на центральной ПЭВМ в диспетчерской и передается через последовательный интерфейс типа RS485 в электронный блок системы, расположенный в цехе.

На электронном блоке системы должна быть индикация состояния выходных управляющих сигналов.

Информация о включенных пускателях может считываться управляющей ПЭВМ через интерфейс RS485.

Напряжение питания — сеть 220В 50 Гц.

В процессе курсового проектирования необходимо:

— разработать электрическую схему и выбрать электроэлементы;

— разработать программное обеспечение.

Документы, предъявляемые к защите курсового проекта:

— пояснительная записка:

— схема электрическая принципиальная устройства;

— перечень элементов:

блок схема алгоритма работы программы и текст программы (входят в пояснительную записку).

Внимание!

Это ОЗНАКОМИТЕЛЬНАЯ ВЕРСИЯ работы №3481, цена оригинала 1000 рублей. Оформлена в программе Microsoft Word.

Оплата. Контакты.

Аннотация

Цель данной курсовой работы разработать систему управления реле со следующими характеристиками:

1) для включения пускателя система должна формировать релейный сигнал с параметрами:

— напряжение коммутации — 220В,

— ток коммутации — до 1 А.

2) общее количество выдаваемых релейных сигналов — 16.

3) сигнал на включение (выключение) пускателей формируется на центральной ПЭВМ в диспетчерской и передается через последовательный интерфейс типа RS485 в электронный блок системы, расположенный в цехе.

4) на электронном блоке системы должна быть индикация состояния выходных управляющих сигналов.

5) информация о включенных пускателях может считываться управляющей ПЭВМ через интерфейс RS485.

6) напряжение питания — сеть 220В 50 Гц.

Содержание

Введение ………………………………………………………………………… 4

1 Структурная схема…………………………………………………………….. 5

2 Обоснование и выбор элементов…………………………………………….. 6

2.1 Выбор электромагнитного реле……………………………………………. 6

2.2 Выбор защитного диода……………………………………………………. 6

2.3 Выбор транзистора для транзисторного ключа…………………………… 7

2.4 Выбор светоизлучающего диода…………………………………………… 7

2.5 Выбор микросхемы регистра………………………………………………. 7

2.6 Выбор микросхемы шинного формирователя…………………………….. 8

2.7 Выбор микроконтроллера…………………………………………………… 8

2.8 Выбор микросхемы передатчика интерфейса RS-485……………………. 9

2.9 Выбор трансформатора источника питания………………………………. 9

2.10 Выбор диодного моста…………………………………………………….. 10

2.11 Выбор микросхемы стабилизатора напряжения………………………… 10

2.12 Выбор кварцевого резонатора…………………………………………….. 10

3 Расчёт элементов……………………………………………………………… 11

3.1 Расчёт резистора в цепи анода светодиода………………………………… 11

3.2 Расчёт резистора в цепи базы транзисторного ключа……………………. 12

3.3 Расчёт тока, потребляемого от вторичной обмотки трансформатора…… 13

3.4 Расчёт элементов вторичного источника питания………………………… 13

4 Алгоритм программы…………………………………………………………. 16

5 Листинг программы…………………………………………………………… 17

Заключение………………………………………………………………………. 19

Список литературы……………………………………………………………… 20

Приложение А. Схема электрическая принципиальная вторичного источника питания……………………………………………………………… 21

Приложение Б. Перечень элементов вторичного источника питания………. 22

Приложение В. Схема электрическая принципиальная системы управления реле………………………………………………………………………………. 23

Приложение Г. Перечень элементов системы управления реле……………… 24

Введение

На практике широко применяются различные пускатели. Очень широкое применение получили дистанционно управляемые пускатели. Они позволяют управлять из диспетчерской технологическим оборудованием, расположенным в цехе.

На сегодняшний день, известны многие модели систем для дистанционного управления электрическими пускателями, но они отличаются высокой ценой. Применение микроконтроллера фирмы Microchip в данной курсовой работе, позволило снизить стоимость системы управления реле, обеспечить простоту конструкции и высокую надежность.

1 Структурная схема системы

Рис. 1 Структурная схема системы управления реле

Питание электронного блока, расположенного в цехе осуществляется от вторичного источника питания. Сигнал на включение или выключение пускателей формируется на центральном ПЭВМ в диспетчерской, расположенной на расстоянии от цеха, и передаётся через последовательный интерфейс RS485 в электронный блок системы, расположенный в цехе. На электронном блоке имеется индикация состояния каждого реле.

2 Обоснование и выбор элементов

2.1 Выбор электромагнитного реле

Электромагнитное реле выбираем исходя из следующих условий:

— напряжение коммутации 220 В,

— ток коммутации до 1 А.

Т.к. реле должно коммутировать сигнал, а так же иметь индикацию состояния, то исходя из этих требований выбираем реле с двумя группами контактов TNC-1C-05-12, имеющее следующие параметры:

— рабочее напряжение 5 В,

— рабочий ток 66,7 мА,

— время срабатывания 12,5 мС

— коммутируемое напряжение первой группы контактов 250 В,

— коммутируемый ток первой группы контактов 12 А,

— коммутируемое напряжение второй группы контактов 30 В,

— коммутируемый ток второй группы контактов 12 А.

Внешний вид реле TNC-1C-05-12 изображён на рисунке 2.

Рис. 2 Внешний вид реле TNC-1C-05-12

2.2 Выбор защитного диода

Защитный диод выбирается исходя из обратного напряжения > 5 В. Выбираем диод КД210А, имеющий следующие характеристики:

— прямой ток 10 А,

— обратное напряжение 800 В.

Внешний вид диода КД210А изображён на рисунке 3.

Рис. 3 Внешний вид диода КД210А

2.3 Выбор транзистора для транзисторного ключа

Выбор транзистора производится исходя из следующих условий:

— максимальный ток коллектора транзистора должен быть больше рабочего тока реле (66,7 мА),

— максимально допустимое напряжение эмиттер-коллектор транзистора должно быть больше напряжения питания.

Для транзисторного ключа выбираем транзистор КТ315А, имеющий следующие параметры:

— IKmax 100 мА,

— UКЭmax 25 В,

— h21Э 20…90.

Внешний вид транзистора КТ315А изображён на рисунке 4.

Рис. 4 Внешний вид транзистора КТ315А

2.4 Выбор светоизлучающего диода

Для отображения состояния реле будет использован светодиод. Выбираем светодиод АЛ307КМ, имеющий следующие параметры:

— цвет свечения красный,

— UПР 2 В,

— IПР 20 мА.

Внешний вид светодиода АЛ307КМ изображён на рисунке 5.

Рис. 5 Внешний вид светодиода АЛ307КМ

2.5 Выбор микросхемы регистра

Выбираем микросхему регистра К555ИР23, имеющую следующие параметры:

— 8 разрядов,

— ток потребления 32 мА,

— время задержки микросхемы при включении 22 нС,

— время задержки микросхемы при выключении 265 нС.

Внешний вид микросхемы К555ИР23 изображён на рисунке 6.

Рис. 6 Внешний вид микросхемы

2.6 Выбор микросхемы шинного формирователя

Выбираем микросхему регистра К555АП6, имеющую следующие параметры:

— 8 разрядов,

— ток потребления 76 мА,

— время задержки микросхемы при включении 16 нС,

— время задержки микросхемы при выключении 16 нС.

Внешний вид микросхемы К555АП6 изображён на рисунке 6.

2.7 Выбор микроконтроллера

Для реализации управления из диспетчерской удалёнными электрическими пускателями технологического оборудования в цехе, передачи информации о включенных пускателях необходим 8-ми разрядный микроконтроллер. Выбираем микроконтроллер PIC 16F876.

Рис. 7 PIC 16F876

2.8 Выбор микросхемы передатчика интерфейса RS-485

Микросхема данного типа обычно используются для согласования стандартной логики ТТЛ, КМОП с уровнями протокола RS-485, а также защиты оборудования передачи данных от нежелательных электрических воздействий (высоковольтные выбросы, короткие замыкания, большие уровни шумов). Выбираем микросхему MAX1483. Внешний вид микросхемы MAX1483 приведён на рисунке 8.

Рис. 8 Внешний вид микросхемы MAX1483

2.9 Выбор трансформатора источника питания

Трансформатор выбираем исходя из следующих условий:

— напряжение первичной обмотки 230 В,

— напряжение вторичной обмотки 7,5 В,

— ток вторичной обмотки > 1067,2 мА.

По данным параметрам выбираем трансформатор фирмы “Hahn”

BV EI 483 1246 имеющий следующие параметры:

— напряжение первичной обмотки 230 В;

— напряжение вторичной обмотки 12 В;

— ток вторичной обмотки 1667 мА,

— общая выходная мощность 20 ВА.

Внешний вид трансформатора BV EI 483 1246 изображён на рисунке 9.

Рис. 9 Внешний вид трансформатора BV EI 483 1246

2.10 Выбор диодного моста

В качестве диодного моста выбираем готовый диодный мост КЦ419А, имеющий следующие параметры:

— прямой ток 2,5 А,

— обратное напряжение 50 В.

Внешний вид диодного моста КЦ419А изображён на рисунке 10.

Рис. 10 Внешний вид диодного моста КЦ419А

2.11 Выбор микросхемы стабилизатора напряжения

Стабилизатор напряжения выбираем исходя из:

— напряжения питания 5 В,

— максимального тока нагрузки 1630 мА.

По данным параметрам нам подходит стабилизатор напряжения КР142ЕН5А представляющий собой нерегулируемый стабилизатор напряжения с защитой от короткого замыкания, перегрузки по току и от перегрева кристалла, имеющий следующие параметры:

— минимальное входное напряжение 7,5,

— максимальное входное напряжение 12,

— выходное напряжение 5 ± 0.1 В;

— ток нагрузки до 2А.

Внешний вид стабилизатора КР142ЕН5А приведён на рисунке 11.

Рис. 11 Внешний вид стабилизатора КР142ЕН5А

2.12 Выбор кварцевого резонатора

В качестве кварцевого резонатора выбираем резонатор на 4.00 МГц HC-49U.

3 Расчет элементов

Т.к. система управляет шестнадцатью реле, и каждый канал идентичен, то расчёт элементов будет производиться для первого канала управления.

3.1 Расчет резистора в цепи анода светодиода

Расчёт будет производиться по формуле (1)

(1)

где: UПИТ – напряжение питания схемы,

UПР – прямое напряжение светодиода,

IПР – прямой ток светодиода.

(Ом)

Выбираем резистор с учётом номинальных рядов 150 Ом (ряд E96).

Расчёт мощности резистора будет производиться по формуле (2).

(2)

где: P – мощность, рассеиваемая резистором.

(Вт)

Мощность, рассеиваемую резистором выбираем равной 0,25 Вт.

На рисунке 12 приведён фрагмент рассчитываемого участка схемы.

Рис. 12 Фрагмент рассчитываемого участка схемы

3.2 Расчёт резистора в цепи базы транзисторного ключа

Расчёт будет производиться по формуле (2)

(3)

где: UВХ – напряжение, подаваемое микроконтроллером на базу транзистора,

UБЭ – напряжение на переходе база-эмиттер транзистора,

IБmin – минимальный ток базы транзистора.

(4)

где: IРАБ – рабочий ток реле,

h21Э — статический коэффициент передачи тока транзистора.

(А)

(Ом)

Выбираем резистор с учётом номинальных рядов 1,33 кОм (ряд E48).

Расчёт мощности резистора будет производиться по формуле (2).

(Вт)

Мощность, рассеиваемую резистором выбираем равной 0,125 Вт.

На рисунке 13 приведён фрагмент рассчитываемого участка схемы.

Рис. 13 приведён фрагмент рассчитываемого участка схемы

3.3 Расчёт тока, потребляемого от вторичной обмотки трансформатора

(5)

где: IПОТР(II) – ток, потребляемый от вторичной обмотки трансформатора,

IПОТР(РЕЛЕ) –ток, потребляемый всеми реле,

IПОТР(HL) – ток, потребляемый всеми светодиодами,

IПОТР(RG) – ток, потребляемый всеми микросхемами регистров,

IПОТР(ФОРМ) – ток, потребляемый всеми микросхемами шинных формирователей.

(А)

3.4 Расчёт элементов вторичного источника питания

Расчет сглаживающих фильтров производится по формуле разряда конденсатора через резистор:

, (6)

где: Uc – напряжение на конденсаторе после разряда через резистор

Ua – напряжение на конденсаторе в начальный момент времени

t – время разряда конденсатора.

Зная период пульсаций сетевого напряжения равный (с.) находим период колебаний выпрямленного напряжения (с.)

(7)

где: Rэкв – эквивалентное (или кажущееся) сопротивление нагрузки и вычисляется по следующей формуле

(8)

где C – искомая емкость конденсатора

Напряжение на входе стабилизатора определяется по формуле:

(9)

где UВЫХ.ТР.– это напряжение на выходе трансформатора,

UД – это падение напряжение на одном диоде выпрямителя, т.к при использовании диодного моста одна полуволна выпрямляемого напряжения проходит через два диода, следовательно, — всего на диодном плече падает 2*0,7=1.4 В.

Найдем эквивалентное сопротивление нагрузки по формуле (8):

(Ом)

Выразим искомую емкость конденсатора С1 из формулы (6), получим

(мкФ)

Такого разрешенного номинала нет, выбираем ближайший из номинального ряда Е6 емкостью 3300 мкФ.

Рассчитаем конденсатор С2, получим Uc=Uc-Uc*0.1=4.25 В, Uа=5.1 В

(мкФ)

Такого разрешенного номинала нет, выбираем ближайший из номинального ряда Е3 емкостью 1000 мкФ.

Рис. 14 Схема электрическая принципиальная ВИП

Расчёт предохранителя в первичной обмотке трансформатора производится по формуле (10).

(10)

где: IТР – ток, потребляемый трансформатором от питающей сети,

PII – выходная мощность трансформатора,

UПИТ(I) – напряжение питания первичной обмотки трансформатора,

Коэффициент вводится, потому что КПД трансформатора составляет 60…65 %.

(А)

Номинал предохранителя определяется по следующему выражению.

(11)

где: IFU – ток, на который рассчитан предохранитель.

(А)

4 Алгоритм программы

5 Листинг программы

#include <pic.h>

char V[2]={0x0,0x0};

char i=0, value=0;

bit RXB=0;

//—————————————————

void TXB(char Byte)

{

RC2=1; RC3=1; //Шинные формирователи в 1

RC0=1; RC1=0; //Выбираем первые 8 реле

PORTB=0;

RC0=0; RC1=1; //Выбираем вторые восемь реле

PORTB=0;

RC0=0; RC1=0; //Отключаем регистры и формирователи

RC2=0; RC3=0;

while(1);

}

Заключение

Разработанная в данном курсовом проекте схема системы управления реле обеспечивает все заданные параметры.

Данная работа показала, что на базе микроконтроллера можно создать конкурентоспособную модель системы управления реле, обладающую низкой стоимостью, высокой надежностью.

Список литературы:

1. «Микроконтроллеры MicroChip», Яценков В.С. Практическое руководство. – 2-е изд. испр. и дополн. – М.: Горячая линия–Телеком, 2005. – 280 с.

2. Полупроводниковые приборы: Диоды, тиристоры, оптоэлектронные приборы. Справочник. А.В. Баюков, А.Б. Гитцевич, А.А. Зайцев и др.; Под общей редакцией Н.Н. Горюнова – 2-е изд., перераб. – Москва: Энергоатомиздат, 1985. – 744 с., ил.

3. Ровдо Р. Полупроводниковые диоды и схемы с диодами – М. Лайт Лтд, 2000 – 288 с.

4. В. Поляков. Расчёт блоков питания // Радио – 2003. Вып. №5 – с. 51-52.

5. Петров А. Трансформаторы, выпрямители и фильтры // Радиомир -2003. – Вып.7 – с. 26-27.

6. Comet Electronics. Справочник. – октябрь 2003. – 136с., ил.

7. HAHN. Каталог. – Промэлектроника, 2005. – 60., ил.

8. Справочник по цифровым логическим микросхемам (часть 1). Электронный справочник. О.А. Шульгин, И.Б. Шульгина, А.Б. Воробьев. – Промэлектроника.

9. Справочник по цифровым логическим микросхемам (часть 2). Электронный справочник. О.А. Шульгин, И.Б. Шульгина, А.Б. Воробьев, В.А. Котова. – Промэлектроника.

10. Справочник по полупроводниковым приборам. Электронный справочник. О.А. Шульгин, И.Б. Шульгина, А.Б. Воробьев. – Лазер Арт, 1997.

11. Справочник по полупроводниковым приборам. Электронный справочник версия 1.02. О.А. Шульгин, И.Б. Шульгина, А.Б. Воробьев. – ИДДК, 2000.

12. Щербина А., Благий С. Микросхемные стабилизаторы серий 142, К142, КР142. — Радио, 1990, №8, с. 89, 90; №9, с. 73, 74.

13. Интегральные микросхемы. Микросхемы для линейных источников питания и их применение. — ДОДЭКА (изд. первое), 1996, 288 с.; 1998 (изд. второе), 1998, 400 с.

Приложение А. Схема электрическая принципиальная вторичного источника питания

Приложение Б. Перечень элементов вторичного источника питания

Приложение В. Схема электрическая принципиальная системы управления реле

Приложение Г. Перечень элементов системы управления реле