Архів якісних рефератів

Знайти реферат за назвою:         Розширений пошук

Меню сайту

Головна сторінка » Інформатика, програмування

Побудова вимірювальної інформаційної системи для контролю стану автогрейдера (курсова робота)

1 СТРУКТУРА ПОБУДОВИ ВИМІРЮВАЛЬНО-ІНФОРМАЦІЙНОЇ СИСТЕМИ ДЛЯ КОНТРОЛЮ СТАНУ АВТОГРЕЙДЕРА

Автогрейдер – складна система, що має різноманітні режими роботи :

1) транспортний режим роботи;

2) слабонавантажений режим роботи;

3) середньонавантажений режим роботи;

4) сильнонавантажений режим роботи .

У кожному режимі роботи для контролю стану автогрейдера необхідно проводити вимірювання N параметрів:

– температури

– кількості обертів колінчастого валу двигуна

– тиску в гідросистемі

– деформацію

– вібрацію рами

– вібрацію двигуна

При частоті АЦП f = 200 кГц = 200000 Гц ® 200000 вим/с.

Одне число дорівнює 32 розрядам, що складає 32 байта пам'яті.

Отже при безперервному вимірюванні одного з наведених параметрів об'єкту за одну секунду вимірювань нам знадобиться:

200000 * 32 = 6400000 байт = 6,4 Мбайт оперативної пам'яті.

А при одночасному вимірюванні всіх наведених параметрів нам знадобиться:

6,4 * 6 = 38,4 Мбайт оперативної пам'яті.

Якщо ж період вимірювань Твим складе 10 хв = 600 с, то об'єм необхідної оперативної пам'яті для вимірювання всіх наведених параметрів складе:

Еоп10хв = 600 * 38,4 = 23040 Мбайт = 23,04 Гбайт.

Таким чином одночасне вимірювання усіх наведених параметрів в усіх режимах роботи об'єкту недоцільне.

Вийти з такого положення можна оптимізувавши кількість та період вимірювань визначити найбільш важливі вимірювані параметри для кожного режиму та привівши періодичність вимірювань у відповідність до динаміки вимірюваного параметру.

Це дасть нам можливість проводити необхідні вимірювання з використанням мінімального об'єму оперативної пам'яті.

Структура вимірювань параметрів автогрейдера за допомогою ВІС наведена на рисунку 1.1.

Рисунок 1.1 – Структура вимірювань параметрів автогрейдера.

Для транспортного режиму основними параметрами, виходячи з досвіду експлуатації, є: температура двигуна вібрації двигуна та коробки передач та кількість обертів колінчастого валу двигуна.

Період вимірювання для цих параметрів буде наступним: температуру та вібрацію двигуна вибираємо постійним 1 с, кількість обертів колінчатого валу – 2 с, за інтервал вимірювання вибираємо 1 хвилину.

де T = 60 с – інтервал вимірювання;

– період вимірювання.

Самим критичним і навантаженим параметром при слабонавантаженому режимі є деформація h робочого органу і рами. Найменший інтервал часу на протязі якого деформація змінювалась не більше ніж на 10 % становила від 0,06 до 0,1 с. Тому для об'єктивної оцінки зміни деформації візьмемо інтервал вимірювання 0,1 с, а інші параметри f, p, N, t змінювались не значно, тому інтервал їх вимірювання будемо вибирати наступним чином: для t, p - 1 с, для N – 1,5 с, для f0,8 с.

Для об'єктивної оцінки зміни деформації у середньо навантаженому режимі візьмемо інтервал вимірювання 0,08 с, кількість обертів в хвилину колінчатого валу і тиск в гідросистемі будемо вимірювати з інтервалом 0,8 с, температура змінюється не значно, тому інтервал залишається незмінним - 1с, інтервал вимірювання вібрації двигуна буде становити 0,6 с.

При сильнонавантаженому режимі для оптимальної оцінки зміни деформації рами інтервал вимірювання складатиме 0,06 с, період вимірювання також складає 1 хв. Кількість обертів в хвилину колінчатого валу та тиск масла в гідросистемі і вібрацію будемо вимірювати з інтервалом 0,5 с.

На рисунку 1.2 наведено залежність періоду і кількості вимірювань від режиму роботи.

Залежність розміру вимірювальної вибірки від режиму роботи наведена на рисунку 1.3.

Структурна схема розробленої для контролю параметрів автогрейдера ВІС наведено на кресленні 1.1.

Рисунок 1.2 - Залежність періоду і кількості вимірювань від режиму роботи.

Рисунок 1.3 - Залежність розміру вимірювальної вибірки від режиму роботи.

Як видно зі схеми, наведеної на кресленні 1.1, ВІС формує датчик температури, датчик тиску, датчик кількості обертів, датчик вібрацій двигуна, датчик вібрації робочого органу, датчики вібрації рами, датчик деформації, акселерометр, 10 канальний 16-ти розрядний аналогово-цифровий перетворювач (АЦП) та електронна обчислювальна машина (ЕОМ).

Розглянемо призначення кожного компоненту більш детально. В якості датчиків вібрації використаємо тензодатчики. Акселерометр – чутливий елемент системи, який фіксує зміни швидкості автогрейдера. Для вимірювання рівнів тиску використаємо гідравлічний первинний перетворювач тиску. В якості датчика деформації застосуємо п'єзодатчик. АЦП використаємо для перетворення виміряних фізичних величин до цифрового вигляду.

2 ОБҐРУНТУВАННЯ ВИБОРУ ЕЛЕМЕНТНОЇ БАЗИ

Вибір типа тензодатчиків залежить від основних особливостей методів вимірювання і має бути відповідний з поставленими завданнями дослідження і умовами його проведення: простота методу, доступність досліджуваних точок, кількість досліджуваних точок, можливість закріплення тензодатчиків.

У розробленій ВІС використовуємо тензодатчик МР 40, з наступними характеристиками:

- номінальне навантаження: 1 – 30 кг;

- робочий коефіцієнт передачі РКП: 1 (1…3 кг), 2 (6…30 кг) мВ/В;

- сумарна похибка: 0.03(N), 0.02(C3) %;

- номінальна напруга живлення: 10 В;

- вхідний опір: 400 ± 20 Ом;

- вихідний опір: 350 ± 3.5 Ом;

- діапазон робочих температур: -10…+40 °С.

Тензорезистор володіє рядом переваг: проста конструкції, мала вага і розміри не роблять вплив на поведінку зразка, маленька довжина придатна для прийому локальних зусиль, хороший частотний відгук для відстежування швидкозмінних обурень, можливість одночасного вимірювання в декількох крапках зокрема видалених. Електричний вихід дозволяє просто реалізувати переведення даних до цифрової форми. Зміна опору міняється пропорційно змінній деформації.

Тензорезистори використовуються в широких температурних діапазонах (- 70 … + 200 °С ), для точного вимірювання вібрацій, мають стандартне значення визначені з точністю від 0,2 % до 10 %, які лежать в інтервалі 100 - 5000 Ом, значення коефіцієнта перетворення дорівнює 2, чутливість, яка реагує на найменше змінення опору (1,9...2,3), максимальний струм живлення 20 мА. Ці технічні характеристики дають велику перевагу тензорезисторам в порівнянні з іншими датчиками вібрації.

Перетворювач тиску ПД - 22637063.028.01 РЕ - гідравлічний первинний перетворювач тиску.

Первинний перетворювач тиску служить для безперервного перетворення надмірного тиску рідин і газів в аналоговий сигнал. Спільно з вторинним перетворювачем тиску типу СПД - 12 утворює реле і індикатор тиску з двома програмами, що встановлюються.

Категорія розміщення 3.1 по ГОСТ 15150 – 69 і ГОСТ 15543.1 для роботи при температурі навколишнього середовища 263 К (- 100 С)…323 К (+ 500 С) і відносній вологості 80 % при температурі 288 К (+ 150 С).

Перетворювач призначений для роботи у вибухобезпечному середовищі.

Технічні Характеристики ПД – 22637063.028.01 РЕ:

– діапазон вимірювання тиску 25 мПа;

– максимальний тиск 40 мПа;

– напруга живлення 24 В;

– вихідний сигнал 0…5 А;

– споживана потужність не більше 0,5 ВА;

– маса не більше 0,3 кг.

Перший крок до правильного вибору акселерометра - це визначення найбільш відповідного параметра вимірювань. Сьогодні використовуються три технології побудови акселерометра:

- п'єзоелектричні акселерометри - найпоширеніший на сьогоднішній день вид акселерометрів, які широко використовуються для вирішення завдань тестування і вимірювань. Такі акселерометри мають дуже широкий частотний діапазон (від декількох Гц до 30 кГц) і діапазон чутливості, а також випускаються в різних розмірах і формах. Вихідний сигнал п'єзоелектричних акселерометрів може бути зарядовим або по напрузі. Датчики можуть використовуватися для вимірювань як удару, так і вібрації.

- п'єзорезистивні акселерометри зазвичай мають малий діапазон чутливості, тому вони більше підходять для детектування ударів, ніж визначення вібрації. Ще одна область їх застосування - випробування на безпеку при зіткненні. В більшості своїй п'єзорезистивні акселерометри відрізняються широким діапазоном частот (від декількох сотень герц до 130 кГц і більше), при цьому частотна характеристика може доходити до 0 Гц або залишатися незмінною, що дозволяє вимірювати сигнали великої тривалості.

- акселерометри на змінних конденсаторах відносяться до компонентів новітніх технологій. Такі акселерометри відрізняються високою чутливістю, вузькою смугою пропускання (від 15 Гц до 3000 Гц) і відмінною температурною стабільністю. Похибка чутливості в повному температурної діапазоні до 180 °C не перевищує 1.5 %. Акселерометри на змінних конденсаторах використовуються для вимірювань низькочастотної вібрації, руху та фіксованого прискорення.

Після вибору акселерометра необхідно розглянути ряд наступних факторів. У першу чергу, це умови навколишнього середовища, де датчик буде використовуватися. Сюди відносяться робоча температура, максимальний рівень вібрації та вологість. В таблиці 2.1 наведені температурні діапазони роботи різних видів акселерометрів.

Таблиця 2.1 – Температурні діапазони роботи різних видів акселерометрів

Датчик

Температурний діапазон, °C

п'єзоелектричні загального застосування

– 55 ... 260

п'єзоелектричні високотемпературні

– 55 ... 650

п'єзоелектричні низькотемпературні

– 184 ... 177

з виходом по напрузі загального застосування

– 55 ... 125

з виходом по напрузі високотемпературні

– 55 ... 175

п'є зорезистивні

– 55 ... 66

Про можливості роботи датчиків у вологому середовищі свідчать різні покажчики герметичності виконання корпусу. Слід зауважити, що безперервне зміна температурних умов може порушити епоксидну ізоляцію корпусу датчика.

Коли необхідні датчики з малим вихідним сигналом або широким динамічним діапазоном, слід звернути увагу на параметри чутливості.

Акселерометр перетворює механічну енергію в електричний вихідний сигнал. Зазвичай лінійка акселерометрів містить декілька моделей з різною чутливістю, оптимальне значення якої залежить від рівня вимірюваного сигналу. Наприклад, для вимірювань сильних ударних коливань потрібні датчики з низькою чутливістю. Для вимірювань малих прискорень, кращим рішенням буде використання акселерометра з високою чутливістю.

Кращий вибір для виміру вібрації - це п'єзоелектричні акселерометри, завдяки їх широкій частотній характеристиці, гарній чутливості і високій роздільній здатності.

П'єзоелектричний акселерометр є універсальним вібродатчиком. Вони застосовуються майже в усіх областях вимірювання та аналізу механічних коливань. Експлуатаційна характеристика п'єзоелектричних акселерометрів краща за характеристики будь-якого іншого вібродатчику. П'єзоелектричні акселерометри відрізняються широкими робочими частотним і динамічним діапазонами, лінійними характеристиками в цих широких діапазонах, стійкою конструкцією, надійністю і стабільністю довготривалих параметрів.

Відсутність рухомих елементів конструкції виключає можливість зносу і гарантує виняткову довговічність п'єзоелектричних акселерометрів.

В якості АЦП обираємо AD7495AR (рис. 2.1) з наступними характеристиками:

– висока швидкість;

– низьке енергоспоживання;

– впорядкована апроксимація.

Рисунок 2.1 - Мікросхема AD7495AR.

Конверсійний процес даних управляється використовуючи CS вхід в реальному часі, дозволяючи пристрою зв'язуватися з мікропроцесором. Конверсійний час визначений частотою SCLK.

Технічні характеристики AD7495AR:

– розрядність АЦП - 12 двійкових розрядів;

– мінімальний період повторення відліків – 300 мкс;

– інтервал вхідних сигналів (без дільника) -1,25…+1,25 В;

– вхідний опір - 1 мОм;

– вхідна ємкість – 30 пФ.

Використання AD7495AR надало проектні методи досягнення дуже низького силового розсіювання при високих показниках продуктивності.





Реферат на тему: Побудова вимірювальної інформаційної системи для контролю стану автогрейдера (курсова робота)


Схожі реферати



5ka.at.ua © 2010 - 2016. Всі права застережені. При використанні матеріалів активне посилання на сайт обов'язкове.    
.