Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсам «Технические средства автоматизации» и«Технические измерения, приборы» для студентов III, IV курсов, обучающихся по направлению 550200 «Автоматизация и управление»
| скачать ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Томский политехнический университет» УТВЕРЖДАЮ Декан АВТФ ___________ Гайворонский С.А. «______»______________ 2008 г. В. В. Михайлов ЭЛЕМЕНТЫ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ АВТОМАТИЗАЦИИ Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсам «Технические средства автоматизации» и «Технические измерения, приборы» для студентов III, IV курсов, обучающихся по направлению 550200 – «Автоматизация и управление» Издательство Томского политехнического университета 2008 УДК 681.2–5(076.5) ББК 34.9–5Я73 М69 Михайлов В.В. М69 Элементы технических средств автоматизации: методические указания к выполнению лабораторных работ по курсам «Технические средства автоматизации» и «Технические измерения, приборы» для студентов III, IV курсов, обучающихся по направлению 550200 – «Автоматизация и управление» / В. В. Михайлов. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2008. – 30 с. УДК 681.2–5(076.5) ББК 34.9–5Я73 Методические указания рассмотрены и рекомендованы к изданию методическим семинаром кафедры интегрированных компьютерных систем управления АВТФ «_____»___________ 2008 г. Зав кафедрой ИКСУ проф., д-р техн. наук ___________А. М. Малышенко Рецензент Доцент кафедры ИКСУ С. В. Леонов © Михайлов В.В., 2008 © Томский политехнический университет, 2008 © Оформление. Издательство Томского политехнического университета, 2008. ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ В последнее время автоматизация производственных процессов становится одним из основных направлений технического прогресса в машиностроении. Под автоматизацией понимается передача машинам и приборам функций управления, ранее выполнявшихся человеком. При автоматизации производства механизированное ранее оборудование становится объектом автоматического управления. Автоматизация охватывает не только способы воздействия на предмет труда, но и, главным образом, управление этими способами. Объектами автоматизации могут быть только технические средства с автоматизированными приводами. В данных методических указаниях рассматриваются основные практические методы определения работоспособности отдельных элементов, которые входят в состав устройств автоматики. Цель лабораторных работ, которые проводятся на стенде, - ознакомление студентов с устройством, принципом действия различных элементов и отдельных схем автоматизации. Для выполнения лабораторных работ студенты разбиваются на подгруппы по три человека. Каждая работа рассчитана на два часа занятий и считается законченной после просмотра преподавателем черновика записей ее результатов. К выполнению лабораторных работ студенты допускаются только после прохождения инструктажа по технике безопасности, который проводит преподаватель перед началом цикла выполнения работ. По окончании выполнения работы студенты должны отключить все источники питания стендов, отсоединить измерительные приборы от электрической сети и привести в порядок рабочее место. Отчеты (текст, таблицы, рисунки, графики) должны быть оформлены аккуратно на листах формата А4 с соблюдением правил условных графических обозначений и требований стандартов. Лабораторная работа №1 ^ Цель работы: изучение конструкции, принципа действия и характеристик конечного выключателя типа ВПК-2112. Теоретическая часть Путевой выключатель предназначен для замыкания или размыкания слаботочных сигнальных цепей в зависимости от пространственного положения (позиции) рабочего органа управляемого электропривода. При срабатывании контактов путевого выключателя вырабатываются электрические сигналы, приводящие в действие устройства управления автоматизированного электропривода. Наиболее простой и распространённый пример использования путевого выключателя в схеме управления механизмом – устройство для предотвращения возможности перехода механизма за пределы его конечного положения. В этом случае путевой выключатель называют конечным (концевым) выключателем, обеспечивающим коммутацию сигнальных цепей только в крайних положениях хода рабочего органа. По принципу действия путевые выключатели подразделяют на контактные (электромеханические) и бесконтактные (индуктивные, ёмкостные и др.). Контактные путевые выключатели можно подразделить на кнопочные и рычажные. В кнопочном путевом выключателе контролируемый рабочий орган воздействует на шток кнопочного элемента. Размыкание и замыкание контактов происходит со скоростью перемещения контролируемого органа. В данной лабораторной работе изучается выключатель типа ВПК-2112 БУ2. Выключатель путевой рычажный ВПК-2112 БУ2 двухполюсный с самовозвратом, с одним замыкающим (з) и одним размыкающим (р) контактами, с двойным разрывом цепи, с прямым порядком размыкания цепи, предназначенный для коммутации электрических цепей управления переменным напряжением до 660 В, частотой 50 или 60 Гц и постоянным напряжением до 440 В под воздействием управляющих упоров в определенных точках пути контролируемого объекта. Используемое оборудование лабораторного стенда: - лабораторный модуль «Командоаппараты и датчики»; «Модуль питания и измерений»; модуль «Задание сигналов и логические элементы»; соединительные проводники. Порядок выполнения лабораторной работы: 1. Изучить теоретический материал, достаточный для выполнения работы. 2. Собрать схему на лабораторном стенде для исследования конечного выключателя типа ВПК-2112 БУ2. Монтаж схемы производить при отключённом питании. 3. Подать питание на схему путём включения тумблера на модуле питания. Нажать на выключатель и наблюдать включение светодиода на блоке индикации. 4. После оформления черновика, содержащего принципиальную электрическую схему, описание хода выполнения лабораторной работы, и проверки результатов преподавателем необходимо выключить стенд, разобрать схему, предоставить стенд в полной комплектности и исправности преподавателю.  Рис. 1.1. Схема электрическая принципиальная для исследования конечного выключателя Контрольные вопросы
Лабораторная работа №2 Изучение бесконтактных датчиков (выключателей) Цель работы: ознакомление с устройством бесконтактных датчиков, изучение принципов работы и схем включения. Теоретическая часть Выключателем бесконтактным (ВБ) называется датчик, приводимый в действие внешним объектом без механического контакта выключателя и объекта. Коммутация нагрузки производится полупроводниковыми элементами узла коммутации ВБ. Всё это обеспечивает высокую надёжность работы ВБ. В системах управления они, как правило, выполняют функцию датчиков обратной связи, сигнализируя о завершении выполнения конкретным элементом оборудования команды на перемещение. Но этим их применение не ограничивается. Датчики используются практически во всех отраслях промышленности, в первую очередь в металлургической, машиностроительной, горнодобывающей, нефтегазовой и других отраслях промышленности. Упрощённая функциональная схема ВБ состоит из трёх блоков (рис. 2.1).
Рис. 2.1. Функциональная схема бесконтактного выключателя Входя в зону чувствительности ВБ, движущийся объект вызывает срабатывание датчика. При его срабатывании полупроводниковый узел коммутации включает или отключает ток нагрузки (до 400 мА постоянного или до 500 мА переменного тока). В качестве нагрузки могут быть использованы входы контроллера, электронной схемы или непосредственно обмотка реле, контактора. Электрическая часть ВБ помещена в корпус из пластмассы или никелированной латуни. Для обеспечения работоспособности в экстремальных условиях эксплуатации электрическая часть герметизируется компаундом. В основе классификации БВ – их основные характеристики, по которым и строится система обозначений. БВ классифицируются: 1. По принципу действия чувствительного элемента – индуктивные, ёмкостные, оптические, ультразвуковые, магнитные и т.д. 2. По условиям установки в конструкцию. Индуктивные и ёмкостные ВБ выпускаются утапливаемого и неутапливаемого исполнения. Последним необходимо наличие вокруг чувствительного элемента зоны, свободной от демпфирующего материала. 3. По возможностям коммутационного элемента. ВБ различаются по коммутационной функции и по типу выхода (схемам подключения). 4. По особенностям конструктивного исполнения. ВБ различаются по форме корпуса и по способу подключения. Выключатели бесконтактные индуктивные (ВБИ) имеют чувствительный элемент в виде катушки индуктивности с открытым в сторону активной поверхности магнитопроводом (рис. 2.2).  Генератор Демодулятор Триггер Коммутационный элемент Рис. 2.2. Функциональная схема ВБИ Перед активной поверхностью ВБИ образуется магнитное поле. При внесении металлического объекта в это поле колебания генератора затухают, демодулированное напряжение падает, триггер опрокидывается, коммутационный элемент переключается. ВБИ выпускаются в пластмассовых или в латунных никелированных корпусах различной формы с расстоянием срабатывания от 1 до 150 мм. Обычно объект воздействия для ВБИ изготавливается в виде стальной пластины необходимых размеров, соединённой с движущейся деталью механизма, положение которой надо контролировать. Если объект воздействия имеет размеры меньше стандартных, то расстояние срабатывания может измениться. Представление о характере этого изменения даёт график (рис. 2.3) зависимости отношения S/Sn от К – отношения площади используемого объекта (толщиной примерно 1 мм) к площади стандартного объекта воздействия.  Рис.2.3. Зависимость расстояния срабатывания от площади используемого объекта воздействия При работе с объектами, изготовленными из различных металлов и сплавов, расстояния срабатывания могут уменьшаться. Тогда для предварительных расчётов следует применять поправочные коэффициенты. Например: сталь – 0,8; нихром – 0,9; латунь – 0,5; алюминий – 0,5; медь – 0,48. Для надёжного и однозначного переключения ВБИ расстояние срабатывания и расстояние отпускания при обратном ходе объекта делаются разными. Параметр «Дифференциальный ход» характеризует и нормирует эту разницу. В процессе эксплуатации приближение объекта к ВБИ, как правило, производится не вдоль относительной оси, а перпендикулярно к ней. При этом точка срабатывания в пределах гарантированного интервала срабатывания зависит от удаления объекта от активной поверхности. При наличии люфтов в механизмах это нужно учитывать располагать пластину на минимально возможных расстояниях от активной поверхности с учётом люфтов. ВБИ наиболее широко используются в качестве конечных выключателей в станках с ЧПУ, автоматических поточных линиях, в разного рода приводных устройствах и т.п. ВБИ с напряжением питания 20 – 250 В переменного тока не требуют специального блока питания и часто применяются в простых схемах управления. Выключатель бесконтактный герконовый (ВБГ) – магниточувствительный выключатель с расширенным температурным диапазоном (рис. 2.4) позволяет автоматизировать процессы в тяжёлых температурных условиях и агрессивных средах (крайний север; холодильные установки, подвижные составы, автокраны, бульдозеры, снегоуборочные машины; химическое и металлургическое производство).  Рис. 2.4. Функциональная схема ВБГ С помощью герконовых датчиков можно контролировать угловое положение заслонок, положение шиберов, наличие и количество объектов на конвейере. Герконовые выключатели нашли применение в системах охраны, где требуется простой и надёжный датчик с большим диапазоном рабочих температур, выходом типа «сухой контакт» и не потребляющий электроэнергии. ^ Геркон реагирует на изменение напряженности поля постоянного магнита и производит коммутацию внешней электрической цепи. Схема индикации со светодиодным индикатором обеспечивает работу индикатора при срабатывании геркона, показывает состояние выключателя и обеспечивает контроль работоспособности. Компаунд защищает геркон от механических воздействий и влаги. Корпус, выполненный из латуни, полиамида или пластмассы, при помощи метизных изделий облегчает монтаж выключателя. К достоинствам ВБГ следует отнести: - простота конструкции; - возможность работы при переменном и постоянном напряжении до 300 В; - низкое (близкое к нулю) падение напряжение на контактах. Используемое оборудование лабораторного стенда:
Порядок выполнения лабораторной работы:
 Рис. 2.5. Электрическая схема для исследования индуктивного датчика При этом используется дополнительный внешний источник питания (не входит в состав лабораторного стенда). 3. Плавно поднести имитатор объекта к датчику, измерив расстояние срабатывания и последующего отпускания. Результаты занести в таблицу 2.1. Таблица 2.1 Таблица срабатывания датчиков
4. Собрать схему (рис.2.6) для исследования герконового датчика типа MS AF2A. Исследования проводить аналогично исследованию индуктивного датчика.  Рис.2.6. Электрическая схема для исследования датчика на герконе 5. После оформления черновика, содержащего принципиальные электрические схемы, описание хода выполнения лабораторной работы, и проверки результатов преподавателем необходимо выключить стенд, разобрать схему, предоставить стенд в полной комплектности и исправности преподавателю. Контрольные вопросы 1. Дайте определение бесконтактных выключателей. 2. Из каких элементов состоит БВ? 3. Приведите классификацию БВ. 4. Каков принцип действия БВИ? 5. Каков принцип действия БВГ? Лабораторная работа №3 Изучение мультиплексоров Цель работы: изучение работы мультиплексоров К531КП2, К155КП7. Экспериментальная проверка таблиц истинности. Теоретическая часть Мультиплексором называется комбинационное логическое устройство, предназначенное для управляемой передачи данных от нескольких источников информации в один выходной канал. Типовое применение мультиплексора – это передача данных от нескольких разнесённых в пространстве источников информации на вход одного приёмника. Предположим, что измеряется температура окружающей среды в нескольких помещениях и результаты этих измерений должны быть введены в одно регистрирующее устройство, например ЭВМ. Поскольку температура изменяется медленно, то для получения необходимой точности совсем необязательно измерять её постоянно. Достаточно иметь информацию через некоторые фиксированные промежутки времени. Главное при этом, чтобы промежуток между двумя измерениями был существенно меньше постоянной времени, характеризующей изменение температуры в контролируемом помещении. Именно эту функцию, т.е. подключение различных источников информации к одному приёмнику по заданной команде, и выполняет мультиплексор. Информацию, разнесённую в пространстве, он преобразует к виду с разделением во времени. Согласно определению, мультиплексор должен иметь один выход и две группы входов: информационные и адресные. Код, подаваемый на адресные входы, определяет, какой из информационных входов в данный момент подключен к выходному выводу. Поскольку n-разрядный двоичный код может принимать 2n значений и число адресных входов мультиплексора равно n, то число его информационных входов должно равняться 2n. Микросхема К155КП2, условное графическое отображение (УГО) которой представлено на рис.3.1, – это два четырёхвходовых мультиплексора, имеющих два общих входа выбора S0 и S1. У мультиплексоров есть собственные входы разрешения Ēа и Ēb (активный уровень низкий – 0). На выходе каждого мультиплексора информация представлена в прямой форме. Входы разрешения можно независимо использовать для стробирования выходов Y: если на вход Ē подать напряжение высокого логического уровня (1), то логический уровень на выходе Y станет низким (0) независимо от состояния сигнальных и адресных входов.
Если вход Ē активный (присутствует напряжение низкого уровня), то на выходе Y отображается тот уровень, который присутствует на выбираемом входе (см. табл. 3.1).. Микросхема К155КП7 – это мультиплексор (рис. 3.2), позволяющий коммутировать данные от восьми входов на один выход. Возможные состояния его сведены в таблицу истинности (табл. 3.2). Адресных входов три: S0 – S2. Их активный уровень – высокий. Также есть вход разрешения Ē и комплементарные выходы Y и  . Если на входе Ē присутствует высокий логический уровень, то на выходе – (1), а на Y – (0).Используемое оборудование лабораторного стенда: - лабораторные модули "Мультиплексоры и дешифраторы", "Задание сигналов и логические элементы"; модуль питания и измерений; соединительные проводники. Порядок выполнения лабораторной работы 1. Изучить теоретический материал, достаточный для выполнения лабораторной работы. 2. Под руководством преподавателя собрать схему лабораторного стенда для изучения мультиплексоров. В процессе выполнения работы Таблица 3.1 Таблица истинности мультиплексора К155КП2
Таблица 3.2 Таблица истинности мультиплексора К155КП7
Необходимо соединить посредством соединительных проводников входы микросхемы с источниками логических сигналов (ключи SA). После проверки правильности собранной схемы подать напряжение питания 5В на стенд включением тумблера питания. 3. Ключами SA задать различные комбинации входных логических сигналов. Наличие выходного сигнала контролируется светодиодом на выходе инвертора модуля "Задание сигналов и логические элементы". 4. Результаты исследования занести в таблицу 3.3 для мультиплексора К155КП2 и в таблицу 3.4 для К155КП7. Таблица 3.3 Заготовка таблицы исследования мультиплексора К155КП2
Таблица 3.4 Заготовка таблицы исследования мультиплексора К155КП7
5. После оформления черновика, содержащего таблицы исследования, описание хода выполнения лабораторной работы и проверки результатов преподавателем необходимо выключить стенд, разобрать схему, предоставить стенд в полной комплектности и исправности преподавателю. Контрольные вопросы
Лабораторная работа №4
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка: 