Вимірювання товщини стрічки

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ УКРАЇНИ
КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТТЕХНОЛОГІЇ ТА ДИЗАЙНУ
КУРСОВИЙ ПРОЕКТ
З ДИСЦИПЛІНИ
«ПРОЕКТУВАННЯКОМП´ЮТЕРНО-ІНТЕГРОВАНИХ СИСТЕМ»
на тему “Вимірювання товщини стрічки”

Київ ‒ 2010

Реферат
 
Виконавець: студентка гр. Ак3-06 Альоша ГаннаГеннадіївна.
Керівник: Санніков Володимир Юрійович.
Пояснювальна записка на 14 сторінках формату А4 з 4рисунками і 2 таблицями.
Графічна частина: принципова електрична схема наформаті А3, схема структурна на форматі А4, схема функціональна на форматі А4.
Об’єкт проектування: автоматична система вимірюваннятовщини стрічки, що дозволяє своєчасно виявити бракований продукт.
Результати роботи: система забезпечує вимірювання тареєстрацію зміни товщини стрічки при виготовленні і перевірці якості стрічки.
Область застосування: швейне виробництво та іншіпідприємства, де використовується вимір товщини матеріалів.

Анотація
 
В даному курсовому проекті розроблена автоматична системадля вимірювання товщини стрічки. Ця система дозволяє чітко контролювати заданутовщину стрічки для того, щоб остання відповідала вимогам замовника чи виробництва,а також оптимально використовувати сировину, з якої вона виготовляється.
Проект складається з пояснювальної записки, до складуякої входять: анотація, реферат, технічне завдання, технічний опис, а такожграфічна частина в складі електричної принципової схеми на форматі А3,структурної схеми та схеми автоматизації, виконаних на А2.
Пояснювальна записка виконана на 14 сторінках форматуА4 з 4 рисунками і 2 таблицями.
автоматична стрічка сировина

Вступ
 
Дана курсова робота має на меті розробити автоматичнийпристрій для вимірювання товщини стрічки в легкій промисловості. Необхідноповністю автоматизувати контроль вимірювання товщини стрічки. Цей контрольповинен бути якомога точніший і надійніший, відповідати кваліфікаціїобслуговуючого персоналу, до того ж бути економічним.
Стрічки широко використовуються на сьогоднішній день,починаючи зі швейної промисловості й до запаковки звичайних товарів. Товщинастрічки чітко контролюється, щоб відповідати вимогам замовника чи даномувиробництву, а також оптимально використовувати сировину, з якої вонавиготовляється.

1. Технічне завдання
 
1.1 Призначення і мета системи
Система автоматичного контролю товщини стрічкипризначена для безперервного відображення і реєстрації параметрів стрічки ісигналізації перевищення допустимої товщини стрічки.
Вимірювання товщини стрічки виконується з метоюконтролю розходу матеріалу та забезпечення його однорідності.
1.2 Принцип дії системи
Підсистема автоматичного вимірюваннята реєстрації товщини стрічки використовує автоматичний прилад (міст), щопрацює в комплекті з відповідним сенсором (індуктивним датчиком товщини). Індуктивний датчик перетворює механічне переміщення в зміну індуктивності.Заснований на зміні індуктивності обмоткиелектромагнітного дроселя залежно від переміщення однієї з пересувних частин:якоря, сердечника і інших. При збільшенні чи зменшенні ширини тканини, будезмінюватися положення якоря датчика, що, в свою чергу, призводить відображатисязміна товщини стрічки на показуючому пристрою.
1.3 Технічні характеристикисистеми
Швидкість подачі стрічки – 1 м/с.
Діапазон вимірювання товщини від 2 до4 мм.
Похибка вимірювання – 1 %.
Натяг стрічки на технологічній лінії – 2 Н/м.

1.4 Умови експлуатації
Процес вимірювання і контролю товщинистрічки має відбуватися при нормальному атмосферному тиску. температурінавколишнього середовища +20ºС і відносній вологості повітря (65 ± 10)%.Система має відповідати вимогам техніки безпеки. Середовище контролю товщинистрічки має бути мінімально запиленим.

2. Технічний опис
 
2.1 Призначення і мета системи
Система автоматичного контролю товщини стрічкипризначена для безперервного відображення і реєстрації параметрів стрічки ісигналізації перевищення допустимої товщини стрічки.
Вимірювання товщини стрічки виконується з метоюконтролю розходу матеріалу та забезпечення його однорідності.
2.2 Система складається з
1) Індуктивний датчик переміщення ЦИНИТМАШ,призначений для вимірювання товщини стрічки до 5 мм. Він представляє собою котушку зповітряним зазором, що змінюється. Робота датчика заснована на зміні магнітногоопору магнітопровода шляхом зміни довжини повітряного зазора. Спосібприкріплення до стрічки: до стрічки опущено чутливий елемент, з’єднаний зі штоком, ашток, в свою чергу, — механічно з якорем індуктивного перетворювача.
2) Дешифратор – перетворює отриманий імпульс у сигналдля відображення на семи сегментному індикаторі у десятковому коді.
2.3 Опис функціональної схемиавтоматизації (КНУТД.АК306.001.002.К2)
Сигнал від датчика переміщення GE поступає наклемно-блочний з’єднувач КБС – 3, де сигнал з токового перетворюється у сигналнапруги. Після чого цей сигнал поступає на Реміконт Р-130, на блок ВАА (ввіданалоговий групи А), де перетворюється у цифровий та поступає на аналоговийрегулятор РАН. Одночасно з цим на РАН поступає сигнал від УВМ. З РАН новийсигнал йде на ОКО, РУЧ та блок аналогового виводу АВА, де перетворюється зцифрового знову на сигнал напруги. А з АВА сигнал йде на КБС – 3 і далі на блокпідсилення потужності (БУМ). В залежності від отриманого сигналу, двигун, щоуправляє валком конвеєра, обертатиметься швидше чи повільніше.
Таким чином, при відхиленні ширини стрічки від заданоїнорми, конвеєр зупиниться.
2.4 Опис структурної схеми(КНУТД.АК306.001.002.Е1)
Сингал від датчика, чутливий елемент якого опущений настрічку, поступає на вхід аналого-цифрового перетворювача, де на виходіотримуємо цифровий сигнал. Далі сигнал йде на суматор, де порівнюється зсигналом завдання. Після суматора сигнал прямує на перетворювач, а звідти – напристрій індикації, на якому можна спостерігати за результатами процесу.
2.5 Опис схеми електричноїпринципової (КНУТД.АК306.001.002.Е3)
Схема складається з таких елементів:
1) Опорів різної величини, номіналом 1 кОм та 100 кОм.
2) Джерело напруги живлення Е.
3) Генератор імпульсів G.
4) Три семи сегментних індикатора
5) Дві котушки індуктивності L.
6) Компаратор 521СА3.
7) Три двійково-десяткових лічильника 7490.
8) Три мультивібратора.
9) Два логічних елементи І 7408.
10) Інвентор 7414.
Електрична схема індуктивного датчика переміщенняскладається з двох котушок індуктивності L1, L2, змінного резистора Rн, джерелаживлення змінної напруги, діодного випрямляча, двох резисторів R1, R2.
Схема включення такого датчика зображена на рисункунижче:
/>
Рис. 2.1 – схема підключення датчика
Z1, Z2 – котушки індуктивності. На вхід датчикаподається напруга 18 В з частотою 50 Гц, тому на виході ми маємо синусоїдальнийсигнал. Для того, щоб виділити постійну складову напруги, нам необхідно булозробити випрямляч, зібраний з діодів. На виході маємо випрямлену напругу. Длязгладження пульсацій за діодним містиком пропонується поставити конденсатор С(на рисунку не зображений).
Котушки індуктивності взаємодіють таким чином, що колина одній з них додається величина індуктивності, то на іншій індуктивність стаєна ту ж саму величину меншою. Так, зміна індуктивностей пояснюється положенням«якоря» у реального датчика.
Діодний випрямляч, на який поступає змінна напруга зобох котушок індуктивності, випрямляє її. Величину отриманої напруги контролюєвольтметр постійного струму.
Випрямлена напруга прямує на компаратор – прилад, щопорівнює обидві напруги й визначає, яка з них більше.
Прямокутні імпульси підраховуються трьомадвійково-десятковими лічильниками, виводи яких з’єднані з трьома семисегментними індикаторами. Треба зазначити, що в даній роботі використовуютьсяіндикатори з вбудованими дешифраторами, тому вони мають лише чотири входи.
Кожну секунду здійснюється сброс показань лічильника,через це відбувається відображення частоти сигналу.
Генератор логічним сигналів керує сбросом лічильника.Цей генератор на протязі 1 с виконує вимірювання частоти, а на протязі 0,1 с – сброслічильника.

3. Розрахункова частина
 
3.1 Розрахунок габаритів датчикаіндуктивності
По схемі побудови індуктивні датчики можна розділитина одинарні і диференціальні. Одинарний індуктивний датчик містить однувимірювальну гілку, диференціальний – дві. У диференціальному індуктивномудатчику при зміні вимірюваного параметра одночасно змінюються індуктивностідвох однакових котушок, причому зміна відбувається на одну і ту ж величину, алеіз зворотнім знаком. Як бачимо, індуктивність котушки:
/>
де W– число витків; Ф – пронизуючий магнітний потік; I – струм, що проходить в котушці.
Струм зв’язаний з МДС співвідношенням:
/>
Звідки одержуємо:
/>
де />– магнітний опір індуктивногодатчика.
/> – активний магнітний опір осердя;l – довжина; S – переріз осердя, Rδ – магнітний опірповітряного зазору, Хм – реактивний магнітний опір
Нехтуючи Rc та Хм, приймаємопровідність зазору:
/>
І отримуємо наступну формулу для індуктивності:
/>
/> − діапазон, в межах якогопереміщуватиметься якір від стану рівноваги до максимального верхньогоположення.
μ0= 4*π*10-9 гн/см
W – кількість витків обмотки, яка дорівнює 1250.
S – площа поперечного перерізу для осердя датчика
На рисунку 3.1 бачимо фігуру осердя індуктивногодатчика, площу якого нам необхідно визначити. Осердя виконано з однорідногоферомагнітного матеріалу.

/>
Рис. 3.1 – осердя індуктивного датчика
A= 10 mm, B= 4 mm, C= 3 mm, D= 6 mm, F= 12 mm
Знайдена площа складає:
S= 612 mm2
3.2 Розрахунок індуктивностей
Інтервал індуктивностей, від зміни якого залежитьширина тканини і навпаки має вигляд:
/> />
Таблиця 3.1 Таблиця 3.2
/>

Нижче зображено диференційний двотактний датчик:
/>
Рис. 3.2 – схема диференційного двотактного датчика
У нього краща статична характеристика, меншітемпературні похибки, менше зусилля по притягненню якора.
У початковий момент якір датчика знаходиться у крайньомунижньому положенні. Це положення відповідає 2 мм стрічки, відповідно, індукція на нижній котушці буде 20,41 Гн, а на верхній 10,205 Гн. Значенняіндуктивності, при якому система знаходиться в рівновазі: L=13.607гн.Вольтметр, поставлений після датчика, покаже 0 В, а ширина тканини умовновважатиметься рівною 3 мм.
Статичну характеристику такого датчика можна описатирівнянням:
/>
Хвх – вхідне переміщення, Β – параметрстатичної характеристики. Приймемо його приблизно рівним 2. Нас же цікавить неповна напруга на виході датчика, а її постійна складова, що має вигляд:

/>
R = 1000 Ом, Rн=1.1*R= 1100 Ом –опір нагрузки. напруга живлення
U= 18 V.
/>
/>
Рис. 3.3 – номінальна статична характеристиказалежності вихідної напруги від переміщення

Висновок
 
За допомогою узгодженості двох котушок індуктивностідатчика переміщення реалізується неперервне вимірювання товщини стрічки зодночасною реєстрацією результатів. Таким чином цей процес є повністюавтоматизованим. Оператор повинен лише спостерігати за ходом процеси, беззастосування ручної праці.

Список використаної літератури
 
1. Р.Токхейм Основы цифровой электроники. ‒ издание «Мир», 1988. ‒ 392с.
2. Зубчик,Сигорский, Шкуро Справочник по цифровой схемотехнике. ‒ издание «Техника», 1990. ‒ 449с.
3. Шило В.Л.Популярные цифровые схемы: Справ очник – М.: Радио и связь, 1987. ‒ 352с.
4. АлейниковДатчики. Перспективные направления развития Алейников Киев, 2001. ‒ 560с.
5. КауфманМ. Исскуство схемотехники ‒ издание «Энергоатомиздат»,1991. ‒ 368с.
6. Агейкин«Справочник контроля автоматического регулирования».
7. Сотсков Датчикисистем автоматического контроля и регулирования. ‒ издание «Мир», 1990. ‒ 145с.