Содержание

Содержание.

Техническое задание . . . . . . . . 4

Введение . . . . . . . . . . 4

1. Обзор современного состояния науки и техники по

вопросу проектирования . . . . . . . 7

2. Анализ задания на проектирование . . . . . 10

3. Разработка электрической структурной схемы модуля . . 12

4. Разработка электрической функциональной схемы модуля . 19

5. Разработка электрической принципиальной схемы модуля

5.1. Разработка и расчет принципиальной схемы интерфейсной

части модуля . . . . . . . . . 24

5.2. Разработка и расчет принципиальной схемы операционной

части модуля . . . . . . . . . 28

5.3. Расчет быстродействия модуля . . . . . . 32

5.4. Расчет потребляемой мощности . . . . . 34

5.5. Расчет и анализ надежности модуля . . . . . 37

6. Конструкторская часть

6.1. Разработка конструкции печатной платы . . . . 40

6.2. Установка электрорадиоэлементов . . . . . 45

6.3. Разработка конструкции модуля . . . . . 45

7. Разработка программного обеспечения . . . . . 49

8. Организационно-экономическая часть

8.1. Организация и планирование опытно - конструкторских работ 59

8.2. Расчет затрат на разработку . . . . . . 79

8.3. Оценка экономической эффективности затрат на

новую разработку . . . . . . . . 87

9. Безопасность и экологичность

9.1. Охрана труда на рабочем месте инженера-программиста . 90

9.2. Расчет информационной нагрузки программиста . . . 91

Заключение . . . . . . . . . 96

Список использованных источников . . . . . 98

Приложения

Введение

Техническое задание.

Разработать модуль дискретного ввода-вывода сигналов управления технологическим оборудованием.

Модуль должен соответствовать следующим данным:

• совместимость с шиной ISA;

• количество выходных каналов 16;

• коммутируемое напряжение 30 В;

• максимальный коммутируемый ток 0,5 А;

• время переключения выходного каскада 20 мкс;

• количество входных каналов 16;

• необходимо обеспечить гальваническую развязку между

входами-выходами и собственно шиной ISA .

Введение.

Наиболее значительным событием последних лет в области цифровой электроники является разработка микропроцессоров на сверхбольших интегральных схемах.

Это событие стало предпосылкой создания нового поколения радиоэлектронной аппаратуры. В первую очередь сюда можно отнести электронно-вычислительные машины (ЭВМ). Современные компьютеры отличаются большой надежностью, малыми габаритами, небольшим энергопотреблением по сравнению с предыдущими поколениями ЭВМ.

Сейчас практически невозможно найти область народного хозяйства, где так или иначе не использовались бы ЭВМ.

В области автоматизации производственных процессов компьютерная техника полностью вытеснила существовавшие до последнего времени системы на дискретных элементах. В этой области в основном используются программируемые контроллеры, которые собственно представляют собой специализированные микро-ЭВМ. Например, там где ранее для решения какой-либо задачи автоматизации производственного процесса требовалась система, занимавшая по площади несколько десятков квадратных метров, сегодня достаточно программируемого контроллера или персонального компьютера, который свободно умещается на письменном столе. Помимо уже перечисленных выше достоинств (высокая надежность и небольшое энергопотребление) появилось еще одно несомненно очень важное - программное управление.

Созданная таким образом система сама измеряет параметры объекта управления и выдает управляющие сигналы. Оператор осуществляет лишь общий контроль за ходом процесса, наблюдает за работой технологического оборудования и при необходимости берет на себя управление работой всей системы или ее части.

Измерение параметров объекта управления производится с помощью датчиков, которые собирают информацию и придают ей нужную форму, зачастую преобразуя физическую природу измеряемых величин.

Управляющие команды передаются к объекту управления органами воздействия (исполнительными механизмами и устройствами привода). Как правило, передача сопровождается изменением физической природы управляющих команд.

На базе введенных установок и результатов производимых измерений устройство управления вырабатывает сигнал воздействия в соответствии с алгоритмом управления объектом.

Аппаратно ввод измеряемых параметров и вывод управляющих команд осуществляется с помощью модуля ввода-вывода.

Устройство ввода - вывода информации представляет собой два канала. Через первый канал в цифровую систему поступает информация с контролируемых объектов для последующего формирования необходимых управляющих воздействий. По второму каналу передаются управляющие воздействия, сформированные на основе обработки данных, поступающих по первому каналу.

Наиболее распространены модули ввода-вывода дискретных сигналов; они ориентированы на создание логических автоматизированных систем. Существуют также модули ввода-вывода аналоговых сигналов.

Сегодня микропроцессоры позволяют осуществить независимое управление вводом-выводом, а центральный процессор опрашивает систему входов-выходов лишь в случае необходимости или когда последняя обращается к нему.

В области производства устройств ввода - вывода аналоговой информации условно можно выделить три этапа развития.

Первый этап приходится примерно на середину семидесятых, когда устройства ввода-вывода разрабатывали и производили в виде дополнительных плат, на которых размещались гибридные и монолитные интегральные схемы образующих элементов.

На втором этапе, который пришелся на конец семидесятых большую часть устройств выпускали в виде гибридных или монолитных БИС.

И, наконец, третий этап - с 1981 года и по сей день указанные устройства разрабатываются и выпускаются в основном в виде плат, модулей и интегральных схем, механически и электрически совместимых с определенными типами электрических машин, на которые ориентируется изготовитель.

В будущем большую перспективу развития компьютерной техники можно ожидать от бурно развивающейся в настоящее время волоконно-оптической технологии.

1. Обзор литературы и современного состояния науки и техники по теме проектирования.

Тема дипломного проекта: « Модуль дискретного ввода-вывода сигналов управления технологическим оборудованием » является очень актуальной, так как в настоящее время автоматизация производственных процессов выходит на первый план практически во всех отраслях промышленности, о чем свидетельствует то, что на эту тему достаточно большое количество технической литературы, статей в журналах, авторских свидетельств, патентов.

Новый уровень автоматизации связан именно с развитием микропроцессорной техники, в результате чего в настоящее время возрастает потребность в промышленных контроллерах и компьютерах, увеличиваются требования к параметрам таких систем.

Контроллеры предназначены для выполнения следующих функций:

• сбор информации от датчиков и измерительных систем;

• сбор информации и управление исполнительными механизмами;

• обработка информации в соответствии с заданным алгоритмом;

• выработка управляющих команд в соответствии с алгоритмом или действиями оператора.

Контроллеры приобрели большую популярность в мире и успешно применяются в различных отраслях промышленности благодаря высокой надежности, простоте в эксплуатации и обширной номенклатуре. Основу элементной базы контроллеров составляют микросхемы высокой степени интеграции. Их применение в сочетании с технологией поверхностного монтажа позволило получить быстродействующие модули с высокой плотностью компонентов и небольшим выделением тепла.

Модули ввода-вывода имеют оптронную развязку между каналами ввода-вывода и системной шиной, обеспечивающую изоляцию от наличия помех различных типов и возможности случайного неправильной полярности подключения датчиков. Это обеспечивает живучесть системы управления в целом при нарушениях условий эксплуатации на объекте. Контроллеры характеризуются высокой надежностью и устойчивостью к воздействию окружающей среды.

Проанализируем современное состояние в сфере проектирования модулей дискретного ввода-вывода.

Из отечественных разработок можно выделить продукцию МП"Антрел". Сравнительные характеристики модулей дискретного ввода-вывода этой фирмы представлены в таблице 1.1.

Таблица 1.1.

Сравнительные характеристики модулей дискретного ввода-вывода МП"Антрел"

Наименование

модуля Число

вх/вых Наличие

оптоизоляции Uвх,

В Iвых,

А Рпотр,

Вт

DIO16G 16/16 есть 0-48 0,2 5

DIO32TL 32/32 нет - 0,02 1,5

Модули дискретного ввода-вывода зарубежного производства представлены фирмами OCTAGON SYSTEMS™ и ADVANTECH™. Сравнительные характеристики модулей этих фирм представлены в табл.1.2 и табл.1.3.

Таблица 1.2.

Сравнительные характеристики модулей дискретного ввода-вывода фирмы OCTAGON SYSTEMS ™

Наименование

модуля Число

вх/вых Наличие

оптоизоляции Uвх,

В Iвых,

А Рпотр,

Вт

5624 16/16 есть 3-84 0,2 -

5648 48/48 нет - - -

Таблица 1.3.

Сравнительные характеристики модулей дискретного ввода-вывода фирмы ADVANTECH ™

Наименование

модуля Число

вх/вых Наличие

оптоизоляции Uвх,

В Iвых,

А Рпотр,

Вт

PCL-725 8/8 есть 5-24 0,5 -

PCK-730 32/32 есть 5-24 0,2 -

Из приведенного перечня технической литературы и патентных материалов наиболее близким техническим решением являются:

• патент 2022344

• модуль DIO16G, МП «Антрел»

В связи с вышеизложенным предлагается разработать модуль дискретного ввода-вывода для дистанционного сбора информации с датчиков и управления технологическим оборудованием в составе пространственно распределенных АСУ ТП, который по техническим параметрам не будет уступать равноценным аналогам, а по экономическим параметрам даже превосходить их.

Перечень литературы и патентных материалов:

1. Адресные системы управления и связи – М.: «Радио и связь», 1993 г.

2. А.с. № 826352, Устройство для формирования команд управления

3. Патент № 2022344, Устройство для ввода и вывода дискретных сигналов

4. Патент № 93028497, Контроллер обмена.

Список литературы

Список использованных источников.

1. Александров К.К., Кузьмина Е.Г. \ Электротехнические чертежи и схемы.

- М.: Энергоатомиздат , 1990.-288с.: ил.

2. Быстров Ю.А. и др. \ Оптоэлектронные устройства в радиолюбительской практике. Справочное пособие - М.: Радио и связь, 1995. 160с.: ил.

3. Блохнин С.М. \ Шина ISA персонального компьютера IBM PC/AT. -М.: ПК "Сплайн", 1992. - 76с.

4. Гершуньский Б.С. \ Справочник по расчету электронных схем -Киев, Высш. шк., 1983. - 204с.: ил.

5. Мячев А.А., Степанов В.Н., Щербо В.К.; под ред. Мячева А.А. \ Интерфейсы систем обработки данных. Справочник -М. Радио и связь, 1989. -416 с.: ил.

6. Петровский И.И., Прибыльский А.В., Троян А.А., Чувелев В.С. \ Логические ИС КР1533, КР1554. Справочник в 2-х ч. - М.: ТОО "Бином", 1993.

7. Воробьев Н.И. \ Проектирование электронных устройств. -М.: Высш. шк., 1989. –221с.: ил.

8. Бородин Б.А., Ломакин В.М., Мокряков В.В. и др; под ред. Голомедова А.В. \ Мощные полупроводниковые приборы. Транзисторы. Справочник - М.: Радио и Связь, 1985. - 560 с.: ил.

9. Мячев А.А. \ Системы ввода-вывода ЭВМ. -М. .: Энергоатомиздат, 1983.

-168 с.: ил.

10. Новиков Ю.В., Калашников О.А., Гуляев С.Э. Под общей редакцией Новикова Ю.В. \ Разработка устройств сопряжения для персонального компьютера типа IBM PC. Практ. пособие. - МЭКОМ., 1997 -224 с.: ил.

11. Акимов Н.Н., Ващуков Е.П., Прохоренко В.А., Ходоренок Ю.П. \ Резисторы, конденсаторы, трансформаторы, дроссели, коммутационные устройства РЭА. Справочник. - Мн.: Беларусь, 1994. -591 с.: ил.

12. Савельев А.Я., Овчинников В.А. \ Конструирование ЭВМ и систем.

-2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1989. - 312с.: ил.

13. Токхайм Р.Л. \ Микропроцессоры.Курс и упражнения. –М.: Энергоатомиздат, 1988. –335с.: ил.

14. Богданович М.И., Грель И.Н., Дубина С.А. и др. / Цифровые интегральные микросхемы. Справочник 2-е изд., перераб. и доп. -Мн.: Беларусь, Полымя, 1996. -605с.: ил.

15. Мальцев П.П., Долидзе Н.С., Критенко М.И. и др. \ Цифровые интегральные микросхемы. Справочник. -М.: Радио и связь, 1994.

-240 с.: ил.

16. Шевкопляс Б.В. \ Микропроцессорные структуры. Инженерные решения.

17. Справочник. 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1990 - 512с.: ил.

18. Борушек С.С., Волков А.А., и др. \ ЕСКД. Справочное пособие. –М. Издательство стандартов, 1986. –273 с.

19. Пасечник Н.Д., Милков В.Н., \ Организация и планирование производства. –М. ДОМЭКС, 1996. –255 с.

Примечания:

работа неполностью