2.3.2 Характеристики каналов вывода

Таблица 3 – Характеристики каналов вывода DO022

Таблица 4 – Характеристики каналов вывода DO020

2.3.3 Характеристики индикации

Имеется индикация:

• Светодиодами состояния выходов
• Состояние микровыключателей – адрес на внутрикрейтовой шине.

2.3.4 Характеристики алгоритмических функций

     Кроме функций обработки входных сигналов модуль может одновременно выполнять  настройку с ЭВМ по внешнему интерфейсу обмена всех параметров обработки входных  каналов и алгоритмических функций  во время работы с возможностью сохранения в долговременной энергонезависимой  памяти.

2.3.5 Взаимодействие с ПЭВМ

     Связь модуля с ПЭВМ  осуществляется  по протоколу  MODBUS  RTU по интерфейсу RS485 через модуль процессора РС020 крейта, в котором он установлен. Состав и адреса параметров в памяти и в терминах протокола MODBUS приведены в соответствующем разделе закладки «УСО» программы MWBridge.

2.4 Принцип работы модуля

 

Модуль содержит плату центрального процессора с  оптронами выходной развязки.

   Работа  модуля осуществляется под управлением  однокристального микропроцессора. Он обеспечивает выдачу выходных сигналов потенциального и импульсного вида.

   Одновременно  с вышеперечисленными функциями  центральный процессор поддерживает обмен по внешнему интерфейсу и управление светодиодами.

3 Разработка и изготовление печатных плат

3.1 TD_DO022

     Согласно  требованиям поставленной задачи была разработана схема электрическая  принципиальная в графическом редакторе  P-CAD Schematic. Данная схема состоит из двух частей (представленных в Приложении А.): импульсного стабилизатора и светодиодной индикации срабатывания выхода.

     Для преобразования входного напряжения в  напряжение, необходимое для питания  была применена схема импульсного  преобразователя с выходным напряжением 3,3 вольта, основанная на стандартной  схеме данного преобразователя, предлагаемого производителем с  внесением изменений в схему  питания. В процессе разработки были проведены соответствующие расчеты  для определения величин конденсаторов  и резисторов.

3.1.1 Описание и принцип работы импульсного стабилизатора (ИС) и адаптация к новым требованиям

     На  Рисунке (схема a)  жирными линиями выделено направление тока (энергии) в преобразователе, когда переключатель находится во включённом положении. При включенном переключателе край формы колебания тока в основном определяется блокировочным конденсатором (C_bypass) и в меньшей степени конденсатором входа (C_in).

Рисунок (схема  b)   отражает случай выключенного переключателя. Так же видно, что в некоторых местах ток должен начать протекать в момент выключения переключателя, в некоторых частях схемы он должен остановиться практически мгновенно.

На Рисунке (схема c) жирные линии показывают места, где ток должен резко поменять свое направление.

При включении  картина меняется, но область, показанная на рисунке (схема c), остается такой же. Таким образом, при переходе из одного состояния в другое в этих областях происходят поэтапные изменения тока. В данных схемах встречаются гармонические проявления, задний фронт опорной формы сигнала тока.

Главная частота  переключателя формирует только часть общего коэффициента гармоник (Фурье) формы волны тока в схемах  с областью переменного тока. Если сравнивать с протеканием постоянного  тока, то он не изменяется поэтапно и  поэтому коэффициент гармоник ниже. Области постоянного тока следуют  за индуктивностью, так как известно, что индуктивность предотвращает  резкие изменения.

Анализируя течение  тока для любой топологической схемы  можно найти области, как выделенные на рисунке (схема c), они будут являться наиболее важными при разработке.

Рисунок 1 – Схема  импульсного стабилизатора 

Уравнение зависимости  напряжения от индуктивности имеет  вид:

                                                                                                        (2.1.1)

V-напряжение

L-индуктивность

dl/dt-приращение тока

 Видно, что  напряжение зависит не от тока, а от приращения тока. Этот факт объясняет разницу при изменении тока на 1 Ампер за короткое время. Наведенное напряжение может быть очень большим даже для небольших индукций и токов при большом значении приращения тока. Такое значение появляется при переключении схемы из состояния на Рисунке (схема а) в состояние на Рисунке (схема b) (и наоборот) во всех частях схемы переменного тока (показано жирно на Рисунке (схема c)). Всплеск напряжения появляется в каждой схеме и продолжается в течение переключения.

На Рисунке 1, маленькие треугольники означают направление мгновенно наведенного напряжения при переходе преобразователя из положения на Рисунке (схема a) в положение на Рисунке (схема b) (выключение переключателя). Принимая, что заземленный вывод – это базисная точка, узел коммутации (обозначенный ‘SW’) стремится к отрицательному значению (контуры его схемы складываются). Аналогично, входной вывод, (обозначенный  ‘VIN’) проходит испытания во всех связанных секторах. На Рисунке 1 (схема c) изображен переход в выключенное состояние импульсного преобразователя. При включении все полярности наведенного напряжения изменяются на противоположные. В таком случае вывод ‘VIN’ имеет малое сопротивление, а сопротивление узла коммутации мгновенно возрастает.

Мгновенные скачки напряжения в момент переключения очень  сложно зафиксировать на осциллографе. Но можно считать, что они присутствуют, если ИС начинает работать неверно  без видимых причин. Если амплитуды  таких всплесков в секторах управления ИС достаточно велики это приводит к различным отклонениям и  в редких случаях может привести к поломке прибора.

Схема импульсного  стабилизатора, адаптированного к  новым требованиям представлена в Приложение А (часть 1).

3.1.2 Размещение компонентов на печатной плате

     В данном случае играет важную роль размещение элементов на плате, существуют некоторые  рекомендации. Максимально близко должны располагаться  блокировочный конденсатор  и ограничительный диод.

На схеме показаны два входных конденсатора. Обозначены они соответственно C_in и C_bypass (область входного конденсатора). Назначение общей входной емкости в уменьшении колебаний напряжений входного вывода. Колебания в основном происходят из-за пульсирующей формы волны входящего тока, при такой топологической схеме ток через выходной конденсатор гладкий, т.к. далее следует индуктивность, При топологической схеме с добавочным напряжением входной конденсатор гладкий, а через выходной - пульсирующий.

     Так как входная мощность импульсного  преобразователя идет от источника  напряжения по длинным подводящим проводам, индукции проводов значительно мешают быстрому изменению тока пульсирующей формы. Поэтому встроенный источник энергии должен быть расположен рядом  с преобразователем, добиться этого  можно с помощью входного конденсатора. Конденсатор, показанный на Рисунке 1 как C_bypass должен быть расположен очень близко к выводам обозначенным ‘VIN’ и ‘GND’.

     Расположение  ограничительного диода: этот узел может  служить точкой входа помех в  область контроля, присутствуют дополнительные скачки помех, появляющихся при максимуме  квадратной формы сигнала напряжения. Необходимо расположить диод наиболее близко и соединить его прямо  с выводом ‘SW’ и выводами ‘GND’ ИС, провода должны быть очень короткими и достаточно широкими и не должны пересекать какие-либо переходные отверстия по пути к ИС. Входной конденсатор и ограничительный диод должны быть в одном слое с ИС. Расположение должно обеспечивать обход важных областей или частей схемы с переменным током со стороны выхода как это показано на Рисунке (схема c) (правая сторона переключателя) – то есть близко к импульсному стабилизатору.

3.1.3 Трассировка схемы

     Следующим шагом в разработке было изготовление схемы печатной платы в графическом  редакторе печатных плат P-CAD PCB, который используется для размещения компонентов на монтажно-коммутационном поле, для ручной, интерактивной и автоматической трассировки проводников. Были учтены рекомендации, представленные на сайте производителя, по расстановке элементов и стандарты трассировки печатных плат. Для определения параметров трассировки была использована программа Saturn PCB, позволяющая учесть все требования, предъявленные к трассировке.  Была определена толщина и высота металлизации, с учётом количественной характеристики  проходящего тока, максимальной температуры и перегрева.

Схема печатной платы представлена в приложении Б.

3.1.4

3.1.4.1 Общее описание  программы MWBridge

MWBridge  -  ядро реального времени ПТК «УМИКОН» для работы в ОС Windows, предназначено для:

• организации взаимодействия с драйверами УСО;
• предварительной обработки результатов опросов;
• выдачи управляющих воздействий;
• ведения архивов;
• ведения расчетов пользователя;
• организации сетевого взаимодействия;
• поддержки интерфейсов связи с внешними задачами.

 
 

Рисунок 2 - Обычный  режим внешнего вида окна MWBridge.

     "Лампочки" окна отображают состояние 16-и  аварийных сигналов, в режиме "моста"  они показывают состояние приёмной  и передающей сетевой части  MWBRIDGE. Верхний ряд отображает  в двоичном виде скорость приёма  по IPX и UDP/IP (пакетов в секунду), нижний – передачи. В графическом  режиме в окне MWBRIDGE отображаются  графики загруженности различных  модулей.