Файл: ТСА лаб 13 Окончательный.docx

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Калининградский государственный технический университет

Категория: Методичка

Дисциплина: Компьютерные сети

Добавлен: 23.10.2018

Просмотров: 2078

Скачиваний: 10

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

67


Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования



«КАЛИНИНГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ФГОУ ВПО «КГТУ»





А.Н. Румянцев



ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА АВТОМАТИЗАЦИИ



Методические указания по выполнению лабораторных работ для студентов высших учебных заведений по специальности 220301.65 – Автоматизация технологических процессов и производств

Часть 1





Калининград

2010

УДК 681.5 (076)

УТВЕРЖДЕНО

Ректором Калининградского государственного технического университета, ……….. 2010г.



АВТОР – Румянцев А.Н., к.т.н., доцент кафедры «Автоматизация производственных процессов» (АПП) Калининградского государственного технического университета (КГТУ)





Методические указания рассмотрены и одобрены на заседании кафедры АПП КГТУ, « ___ » __________ 2010 г., протокол № ___ .





РЕЦЕНЗЕНТ – кафедра «Автоматизация производственных процессов»









Калининградский государственный технический университет, 2010 г.



ОГЛАВЛЕНИЕ Стр.

Введение 4

Общие организационно-методические указания 4

Правила техники безопасности в лаборатории 6

Оформление и содержание отчета, защита лабораторной работы 6

Лабораторная работа №1. Синтез однотактных систем управления на основе цифровой логики 8

Лабораторная работа № 2. Синтез многотактных технических средств автоматизации 15

Лабораторная работа №3. Исследование двух- и трехпозиционного регулятора температуры ТРМ-3 управления термокамерой 25

Лабораторная работа №4. Исследование таймера программно-временного управления нагрузкой 37

4.5. Лабораторная работа №5. Исследование однооборотного исполнительного механизма с электрическим приводом 46

Лабораторная работа №6. Исследование плавких предохранителей

ТСА 55

Литература 67

Введение

Лабораторный практикум играет важную роль при изучении дисциплины «Технические средства автоматизации» (ТСА).

Практикум позволяет проектировать, собирать, диагностировать и исследовать ТСА. Факультативно предусмотрено моделирование работы цифровых и аналоговых устройств с использованием известных прикладных программ, например, Electronic Workbench, ISaGRAF, VisSim, Proteus, Livewire и других.

Лабораторные занятия дают наглядное представление о работе реальных ТСА с возможностью самостоятельного снятия технических характеристик.

При исследовании некоторых ТСА предполагается изучение программирования на пользовательском уровне.

Лабораторный практикум реализован на современной элементной базе и включает в свой состав оборудование, используемое в промышленности.

Методические указания содержат описание 6-ти лабораторных работ с общим объемом 16 часов учебной нагрузки и предназначены для студентов специальности 220301.65 - Автоматизация технологических процессов и производств и других смежных специальностей.



Общие организационно-методические указания

1. Перед началом работы в лаборатории студенты проходят инструктаж по технике безопасности и расписываются в специальном журнале.

2. Студенты организуются в бригады по два-четыре человека и самостоятельно распределяют свои обязанности при выполнении работы.

3. Бригады должны руководствоваться графиком последовательности выполнения работ, который вывешиваться в лаборатории в начале каждого семестра.

4. Как правило, к выполнению очередной работы допускаются студенты, защитившие предыдущую работу; изучившие, используя рекомендованную литературу, соответствующие разделы теоретического курса следующей лабораторной работы; имеющие явное представление о лабораторной установке, порядке выполнения работ и ожидаемых результатах; заранее заготовивших отчет с незаполненными таблицами

для экспериментальных данных.

5. Перед подачей на стенд питающего напряжения необходимо пригласить преподавателя или заведующего лабораторией.

6. Перед снятием экспериментальных данных сначала рекомендуется бегло проверить режимы работы лабораторного стенда, чтобы убедиться в правильной работе оборудования.

7. Результаты измерений заносятся в таблицы отчета.

8. После окончания работы преподавателю предъявляются экспериментальные данные для визирования.

9. Защита лабораторных работ проводится при полном их оформлении.

10. При выполнении лабораторной работы необходимо выполнять задание на исследование, правила пользования контрольно-измерительными приборами, приведенные в инструкции по их эксплуатации.

11. После окончания работы необходимо выключить лабораторное оборудование, снять общее питающее напряжение со стенда и убрать за собой рабочее место.



Правила техники безопасности в лаборатории

1. Включать лабораторный стенд только с разрешения преподавателя или заведующего лабораторией.

2. Выключать оборудование после окончания работы.

3. Ставить в известность преподавателя или заведующего лабораторией обо всех случаях обнаружения неисправного оборудования, измерительных приборов и соединительных проводов.

4. В лаборатории запрещается:

- включать и выключать коммутационное оборудование в электрощитах лаборатории;

- прикасаться к оголенным токоведущим частям установки;

- оставлять без присмотра включенный лабораторный стенд;

- использовать провода с поврежденной изоляцией.



Оформление и содержание отчета, защита лабораторной работы

Оформление лабораторной работы осуществляется каждым студентом индивидуально.

Отчет оформляется на бумаге в клетку или на машинописном листе формата А4 и включает следующую информацию:

- фамилия студента, группа, номер бригады;

- название и цель работы;

- вариант задания;

- текстовую, расчетную и графическую (если требуется) части;

- электрические схемы;

- алгоритмы работы установки;

- результаты испытаний;

- выводы.

Расчетная часть включает уравнения, используемые при проведении исследований, записанные как в общем виде, так и с числовыми коэффициентами, полученными в результате измерений или предварительных вычислений.

Результаты измерений и вычислений представляются в размерностях системы СИ (система интернациональная).

Графическая часть работы выполняется в соответствии с ГОСТами, схемы и графики уточняются соответствующими надписями с обозначением сигналов, обозначением и оцифровкой координат.







Лабораторная работа №1

Синтез однотактных систем управления на основе цифровой логики

Время работы – 4 ч.

Цель работы - синтез однотактных (без памяти) систем управления.

Задание для домашней подготовки

1. Изучить принцип работы логических элементов И, ИЛИ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ, исключающее ИЛИ и др., реализованных на микросхемах технологий ТТЛ, ТТЛ-Ш и др. [1, 2].

2. Выписать паспортные данные интегральных микросхем К155ЛА3 и К555ЛА3. Сравнить их характеристики.

Описание лабораторного стенда

На лицевой панели стенда показаны следующие цифровые элементы с выведенными гнездами входов-выходов, реализованные на микросхемах серии К155:

  1. 8 логических элементов 2И-НЕ;

  2. 4 элемента 2-2И-ИЛИ-НЕ;

  3. 2 элемента 2-2-2-2И-ИЛИ-НЕ;

  4. 6 элементов 3И-НЕ;

  5. 1 элемент 8И-НЕ;

  6. 4 JK-триггера;

  7. 6 RS-триггеров;

  8. 8 элементов индикации уровней логических сигналов;

  9. 8 тумблеров – переключателей формирователей цифровых сигналов.

  10. вспомогательные устройства (генератор импульсов, формирователь импульсов «без дребезга контактов», элементы задержки на RC - компонентах);

  11. коммутационные гнезда, размножители, формирователи 0 и 1, проводники с вилками.

Задание на исследование

В соответствии с вариантом задания спроектировать, собрать, если необходимо сделать диагностику (найти неисправность), схему управления технологическим процессом или другого устройства.

Варианты заданий

Вариант 1

Четыре электродвигателя управляются трехразрядным двоичным кодом в соответствии со следующим алгоритмом. При коде 000 все электродвигатели выключены. Весь оставшийся диапазон от 001 до 111 необходимо разбить на зоны так, чтобы одновременно могли быть включены только 2 электродвигателя. Номера включенных электродвигателей выбираются студентами произвольно. Электродвигатель включается единичным сигналом.

Вариант 2

Аналого-цифровой преобразователь (АЦП), имеющий 3 разряда, контролирует напряжение в электрической цепи от 0 до 7В. Если напряжение находится в диапазоне от 2 до 3В и от 6 до 7В включительно, то на выходе разрабатываемой схемы должен формироваться единичный логический сигнал. В остальных случаях – нулевой сигнал.

Вариант 3

Цифровой датчик вырабатывает двоичное 3-х разрядное число пропорциональное температуре в технологическом аппарате. По информации датчика включаются 3 нагревателя одинаковой мощности. Весь диапазон 3-х разрядных чисел необходимо разбить на 4 зоны. В первой зоне, начиная с числа 000, включены все 3 нагревателя (максимальный нагрев), во второй - 2 нагревателя (средний нагрев), в третьей – 1 нагреватель (минимальный нагрев), в четвертой – все нагреватели выключены.

Вариант 4

Спроектировать схему цифрового коммутатора 4x1 (4 входа, 1 выход) для опроса цифровых датчиков. Для выборки датчиков в коммутаторе необходимо иметь 2 адресных входа и вход разрешения работы. Если на выходе датчика присутствует единичный сигнал, то после цифрового коммутатора он также должен оставаться единичным. Соответственно нулевой сигнал должен оставаться нулевым. При запрете работы коммутатора на его выходе должен присутствовать нулевой сигнал.

Вариант 5

Спроектировать схему двухразрядного двоичного сумматора с возможностью переноса результата сложения в следующий разряд. Например, для сложения двоичных чисел 012 + 102 = 112, или

102 + 102 =1002.





Вариант 6

Спроектировать схему шифратора для преобразования сигналов включения пяти исполнительных механизмов в двоичный тривиальный код. Сигнал, подтверждающий включение механизма, - единичный. При одновременном включении нескольких механизмов должен формироваться двоичный код исполнительного механизма с большим номером.

Вариант 7

Спроектировать схему дешифратора, в котором имеется два входных двоичных разряда и четыре выходных. Выходной сигнал – «бегущая» единица.

Порядок выполнения задания

Разработка схемы проводится в следующем порядке.

  1. Внимательно изучается суть задания.

  2. Формализуется техническое задание. Например, в виде таблицы состояний.

  3. По данным таблицы составляются математические выражения с использованием аппарата алгебры логики (Булева алгебра).

  4. Минимизируются (упрощаются) логические выражения с привязкой к базисным элементам лабораторного стенда.

  5. Собирается схема на стенде и проверяется ее работа в соответствии с вариантом задания. Если схема работает неправильно, то делается диагностика схемы. Вносятся коррективы в схему или исключаются из работы неисправные элементы стенда.



Содержание отчета

Отчет должен содержать:

1. Название работы.

  1. Цель работы.

  2. Вариант задания.

  3. Таблицу состояний.

  4. Алгебраические выражения и их минимизация.

  5. Электрическую схему.

  6. Результаты испытаний схемы на стенде.

  7. Сведения о неисправных элементах стенда.

  8. Выводы.



Вопросы для самопроверки

    1. Как работает логический элемент 2И-НЕ?

    2. Как работает логический элемент 2ИЛИ-НЕ?

    3. Чем отличается технология производства микросхем ТТЛ от КМОП?

    4. Какие уровни сигналов в технологии ТТЛ и КМОП?

    5. Как преобразовать выходные сигналы микросхем технологии ТТЛ в КМОП?

    6. Как преобразовать выходные сигналы микросхем технологии КМОП в ТТЛ?

    7. Как на логических элементах 2И-НЕ построить схему одноразрядного сумматора?

    8. В чем заключается принцип работы однотактных логических устройств?

    9. Как влияет на работу однотактных устройств «дребезг» контактов?

    10. Как устранить «дребезг» контактов, используя логические элементы стенда?



Элементы теории к лабораторной работе

Рассмотрим пример синтеза цифровой комбинационной схемы управления. Пусть требуется спроектировать цифровое управляющее устройство, реализующее алгоритм 3-х входового логического элемента «Исключающее ИЛИ» с использованием базиса лабораторного стенда.

Используя задание (см. выше), составляем таблицу 1 работы управляющего устройства.

Таблица 1

№ п/п

Входные сигналы

Выходные сигналы

x3

x2

x1

y1

1.

0

0

0

0

2.

0

0

1

1

3.

0

1

0

1

4.

0

1

1

0

5.

1

0

0

1

6.

1

0

1

0

7.

1

1

0

0

8

1

1

1

0



Для того, чтобы не пропустить ни одной комбинации, необходимо пользоваться известной формулой: К= 2n, где n – число входов схемы;

К – количество возможных комбинаций сигналов на входе схемы.

Используя данные таблицы 1, записываем логическую функцию. Выходной сигнал равный единице записывается в виде логической суммы, число членов которой равно числу единиц в столбце таблицы. Каждую сумму записываем как произведение входных сигналов для тех состояний, где функция равна 1. Если входной сигнал равен 0, то он входит в произведение со знаком инверсии. Логическая функция выглядит так

y1= x1* x2* x3 + x1* x2* x3 + x1* x2* x3 .

Далее используем известные правила и законы алгебры логики (Булева алгебра):

x + x = x;

x + x = 1;

x * x = 0;

x = x;

x1 + x1 * x2 = x1 правило склеивания;

x1 * x2 = x1 + x2 ; x1 + x2 = x1 * x2 законы де Моргана.

Преобразуем уравнение y1 из дизъюнкции в конъюнкцию для логического базиса лабораторного стенда.

y1= x1* x2* x3 + x1* x2* x3 + x1* x2* x3 =



= x1* x2* x3 * x1* x2* x3 + x1* x2* x3 =



= x1* x2* x3 * x1* x2* x3 * x1* x2* x3 .



Используя преобразованную функцию y1, строим логическую схему управляющего устройства (рис. 1):

Рис. 1. Схема управляющего устройства



Лабораторная работа №2

Синтез многотактных технических средств автоматизации

Время работы – 2 ч.

Цель работы - синтез многотактных (с памятью) систем управления.

Задание для домашней подготовки

1. Изучить принцип работы RS-, D- T-, JK- триггеров [1, 2].

Смотрите также файлы