В случае разрушения образца происходит утечка воды из блока поддержания давления и производится аварийный останов испытания.

2 разработка общей электрической и пневмогидравличЕСкой схем стенда

2.1 Общая электрическая схема испытательного стенда

Схема управления стендом испытаний полиэтиленовых труб при постоянном внутреннем давлении состоит из нескольких частей:

• вводное устройство;

• дистанционное управление ваннами с образцами;

• блок питания схемы управления;

• датчики давления и положения;

• управляющий блок;

• индикаторы и исполнительные механизмы.

Вводное устройство служит для защиты электрических схем от короткого замыкания и состоит из вводного автомата, выключателя типа АЕ20 (QF1) и автомата защиты схем управления АЕ20 (QF2).

Дистанционное управление состоит из переключателей SA1-SA3 серии ПЕ для первой ванны, SA4-SA6 - для второй, индикаторов HLR2 и HLR3 (типа АМЕ) пускателей КМ1 и КМ2 (ПМЛ), промежуточных реле К1-К6 (РП21). Переключатель SA1 включает питание ванны 1, что контролируется индикатором HLR2. Переключатель SA2 служит для передачи команды на включение циркуляционного насоса в первой ванной. Переключатель SA3 включает нагреватель для достижения требуемого температурного режима в ванной, о чем свидетельствует активный сигнал на входе РЕЖИМ. Аналогично SA4-SA6 для второй ванной.

Блок питания схем управления состоит из трансформатора ТПП329, диодного моста Д243А и конденсатора К50-35 и служит для получения постоянного напряжения +24В, 10А для питания электронных узлов схем управления.

Датчики определяют текущее состояния системы для реализации правильной последовательности команд. Используются бесконтактные индуктивные датчики положения ВК2 (НПФ "ТЕКО"). Датчики давления САПФИР 22ДА используются в комплекте со вторичными приборами Т424 для преобразования токового сигнала 0-20мА в значение давления для индикации. Кнопки SB1-SB4 (типа КЕ) служат для запуска и останова испытаний в обеих ваннах.

Управляющий блок выполнен в виде функционально законченного устройства, служащего для анализа входных сигналов и выдачи управляющих воздействий на исполнительные механизмы стенда.

Индикаторы HLR4-HLR23 (типа АМЕ) используются для визуального контроля за текущими режимами работы стенда.

Исполнительные механизмы - пневмо- и гидрораспределители (Burkert t255) включены через промежуточные реле К7-К30 (РП21) и предназначены для управления пневмогидравлической схемой стенда.

2.2 Пневмогидравлическая схема исполнительных механизмов

2.2.1 Описание работы стенда.

• Включить стенд;

• Произвести установку испытуемых образцов. Для этого заглушки монтировать на конце образцов и закрепить их в ванне для нагрева;

• Включить насосы для заполнения ванны;

• Заполнить водой испытуемые образцы;

• Начало испытаний;

• Набирать необходимое для испытаний давление в образцах;

• Удерживать давление в течение заданного времени;

• Сброс давления.

2.2.2 Этапы функционирования пневмогидравлической схемы стенда.

1 этап:

Заполнение образца. При этом загорается лампа HL1, открываются клапаны: YA2, YA3, YA4. Если сработал датчик верхнего уровня HI POS, то начинаем следующий этап.

2 этап:

Набор давления. Должна высвечиваться лампа HL2. Открыты следующие распределители: YA1, YA3.

Когда загорается лампа высокого давления HI BAR, то переходим к третьему этапу.

3 этап:

Испытание образцов. В это время необходимо удерживать давление на заданном уровне. Если давление повышается HI BAR, то загорается кнопка HL3 и одновременно срабатывают клапаны YA2 И YA3. Если же давление становится меньше заданного LO BAR, то загорается та же кнопка HL3, но срабатывают YA1 и YA3.

Возможны два варианта остановки испытаний:

• Если срабатывает датчик нижнего уровня LO POS, что соответствует аварии. При этом высвечивается лампа HL6.

• Если окончился промежуток заданного времени испытания.

Нажимаем кнопку “СТОП”.

4 этап:

Сброс давления. Это соответствует загоранию на панели стенда лампы HL4 (в случае аварии при этом еще горит HL6) и открываются клапаны YA2, YA3.

Если давление сброшено до значения допустимого, т.е. NO BAR, то перейти на последний этап.

5 этап:

Завершение испытаний. Загорается лампа HL5 (в случае аварии при этом еще горит HL6).

2.3 Электрическая схема модуля управления

Модуль управления служит для выдачи управляющих сигналов при проведении испытания в одном образце. При этом возможны шесть вариантов рабочего положения системы:

а) заполнение образца;

б) набор давления;

в) поддержание давления;

г) сброс давления;

д) авария;

е) завершение испытания.

Модуль выдает сигнал управления для клапанов YA1-YA4 и индикаторов HL1-HL6. Для определения необходимых управляющих воздействий на модуль приходят сигналы с датчиков давления (HI BAR, LO BAR, NO BAR) и положения (HI POS, LO POS), а так же с кнопок управления (START, STOP).

Для установления начального состояния модуля введен дополнительный сигнал RESET для установки модуля после подачи напряжения питания.

Текущий режим будем фиксировать с помощью RS-триггеров. Триггеры будут устанавливаться при достижении всех необходимых условий для запуска этого режима и сбрасываться при переходе к следующему этапу управления.

1 этап:

Заполнение образца. При этом загорается лампа HL1, открываются клапаны: YA2, YA3, YA4. Если сработал датчик верхнего уровня HI POS, то начинаем следующий этап.

Этот этап фиксируется в триггере DD2.1, что происходит при нажатии кнопки START. Сигнал с триггера DD2.1 сбрасывает триггеры этапов завершения испытания и авария. На этом этапе активные выходные сигналы К3 (совмещенный с HL1), К2 и К4.

2 этап:

Набор давления. Должна высвечиваться лампа HL2. Открыты следующие распределители: YA1, YA3.

Когда загорается лампа высокого давления HI BAR, то переходим к третьему этапу.

Этот этап фиксируется в триггере DD2.2. Он устанавливается при активном выходе триггера DD2.1 и входном сигнале HI POS. При этом сбрасывается триггер этапа заполнения образца и активны следующие выходные сигналы: HL2, K1 и К3.

3 этап:

Поддержание давления. В это время необходимо удерживать давление на заданном уровне. Если давление повышается HI BAR, то загорается кнопка HL3 и одновременно срабатывают клапаны YA2 И YA3. Если же давление становится меньше заданного LO BAR, то загорается та же кнопка HL3, но срабатывают YA1 и YA3.

Этот этап фиксируется в триггере DD5.1. Он устанавливается при активном выходе триггера DD2.2 и входном сигнале LO BAR. При этом сбрасывается триггер набора давления DD2.2. Активен выход на индикатор HL3 и, в зависимости от сигналов HI BAR и LO BAR, активизируются выходы К2 и К3, либо К1 и К3 соответственно.

4 этап:

Сброс давления. Этот этап начинается либо при активном триггере поддержания давления и нажатии на кнопку СБРОС, либо при активизации триггера аварии. Этот этап фиксируется в триггере DD5.2. Сигналом с этого триггера сбрасывается триггер этапа поддержания давления (DD5.1). При этом активны выходные сигналы HL4, К2 и К3.

5 этап:

Завершение испытаний. Фиксируется в триггере DD8.1 в случае активного состояния триггера этапа сброса давления и входного сигнала NO BAR, либо при приходе сигнала RESET. при этом сбрасывается активное состояние триггера четвертого этапа (сброс давления) и становится активным выходной сигнал HL5.

6 этап:

Авария. Фиксируется в триггере DD8.2 в том случае, если при активном триггере третьего этапа (поддержание давления) приходит сигнал с датчика LO POS, что соответствует разрушению образца. Этот триггер устанавливает триггер этапа сброса давления и остается в активном состоянии вплоть до момента начала следующих испытаний с целью однозначной идентификации аварийного образца. Активный сигнал этого триггера формирует выходной сигнал HL5.

Триггеры этапов реализуем на базе RS-DC-триггеров серии К561ТМ2. Логику формирования управляющих сигналов для триггеров сформировали с помощью дискретных логических элементов НЕ (К561ЛН2), 2И-НЕ (К561ЛА7), 2ИЛИ-НЕ К561ЛЕ5).

Для согласования уровней активных сигналов ИМС (0-12В) и напряжения исполнительных механизмов (0-24В) были применены буферные элементы. Для входных сигналов – оптопары АОТ101АС (I_вых=10мА), а для выходных сигналов – твердотельные реле 5П14.1Б (I_вых=170мА).

3 конструкция блока управления

3.1 Состав блока управления

Блок управления содержит шесть одинаковых функциональных модулей, служащих для испытания одного образца, и один модуль синхронизации.

Все модули объединены в один корпус.

3.2 Расширенное техническое задание

Модуль управления ходом испытания полиэтиленовых газовых труб при постоянном внутреннем давлении по ГОСТ Р 50838-95 предназначается для формирования заданной последовательности управляющих сигналов для испытания одного образца на стенде испытания полиэтиленовых газовых труб. Устройство имеет внешний источник питания.

3.3 Технические требования

3.3.1 Условия эксплуатации

- температура окружающей среды +20-50С;

- относительная влажность воздуха 40% при 20С;

- входное напряжение - постоянное 242В нестабилизированное;

постоянное 121В стабилизированное;

выходы - релейные с напряжением U=+24(В) и током I_max=100(мА).

• вибрации 10 30 Гц, 2g.

3.3.2 Требования надежности. Безотказность - 1000 часов.

3.3.3 Конструктивные требования. Материал корпуса – сталь (Ст.3 ГОСТ 535-70). Монтаж - печатный и объемный. Элементная база - дискретные и интегральные ЭРЭ. Органы управления и индикации разместить на выносной панели.

3.4 Схемотехническое решение

Данное устройство должно обладать следующими характеристиками:

• высокая надежность;

• доступная элементная база;

• сопряжение с контролирующими и исполнительными механизмами;

• ремонтопригодность.

Устройство предназначено для управления шестью образцами и содержит шесть одинаковых функциональных модулей, каждый из которых предназначен для управления испытанием одного образца. Это позволяет улучшить ремонтопригодность устройства в целом за счет унификации составных частей.

Модуль управления содержит следующие функциональные узлы: входные преобразователи, логические схемы и выходные ключи.

Входные преобразователи служат для передачи сигналов от внешних схем с амплитудой 24В к ИМС с рабочим напряжением 12В. Выбранная схема позволяет избежать пробоя входных цепей микросхем при наводке на сигнальные линии датчика импульсов напряжения от близкорасположенных электромашин.

Логические схемы формируют заданную последовательность управляющих сигналов для испытания одного образца на стенде для проверки на прочность полиэтиленовых газовых труб.

Выходные ключи преобразуют сигналы ИМС (12В) в управляющее напряжение для исполнительных механизмов (24В, 100мА).

Элементная база выбирается исходя из заданных требований к электронному блоку.

Распространенные типы ИМС работают на следующих напряжениях питания:

- 2,9В – ЭСЛ;

+5В - ТТЛ, КМОП;

+ 9В - МОП, КМОП;

+ 12В - КМОП;

+ 15В – ДТЛ,

где ЭСЛ - эмиттерно-связанная логика (серии 500, 1500)

ТТЛ – транзистор-транзисторная логика (серии 155, 555)

МОП - металл-оксид-полупроводник-структуры (серия 176)