Данное устройство разрабатывалось как устройство стабилизации двигателя насоса для домашней производственной установки. Предназначено для жесткой фиксации скорости перекачивания жидкости насосом. Два объемных насоса должны качать жидкости в определенном соотношении, и никакие внешние воздействия не должны это соотношение менять. Жидкости разные по вязкости и меняют вязкость от внешней температуры.
Регулятор должен держать обороты не только при изменении нагрузки на валу двигателя, но и при изменении напряжения в сети. Существует возможность контролировать температуру раствора.
В процессе разработки и экспериментов были добавлены различные режимы, которые могут пригодиться для других целей.
Характеристики:
Два режима работы: регулятор и счетчик.
Два режима ШИМ, точный и грубый
— грубый: шаг коэф. заполнения 1%
— точный: шаг коэф. заполнения 0,25%
Два канала ШИМ, работающие синхронно.
Частота ШИМ 10КГц.
Максимальная частота оборотов 60000 об/мин.
В режиме счетчика.
Максимальное число счета 65025 оборотов.
Коэф. заполнения в режиме счетчика 0,25%.
Общее описание.
В режиме регулятор можно управлять изменением коэф. заполнения ШИМ в ручную или автоматически.
В ручном режиме, в меню, задается значение требуемого коэф. заполнения в % .
В автоматическом режиме, в меню, задается требуемое значение скорости вращения в об/мин.
В режиме регулятор производится постоянный контроль за поступающими импульсами от датчика оборотов, если в течении 2сек нет импульсов, происходит отключение двигателя.
В режиме счетчика. Постоянно ведется счет оборотов, как при включенном двигателе, так и выключенном. При включении двигателя, в ручную, плавно выбирается необходимый коэф. заполнения начиная с нуля. Через 5 сек, после отпускания кнопки, происходит стабилизация оборотов двигателя. Перед входом в режим, необходимо выбрать аварийное значение порога коэф. ШИМ, при превышении которого, произойдет отключение двигателя. Сбросить показания счетчика можно после отключения двигателя или автоматически при переполнении. В режиме счетчик можно задать требуемое количество оборотов и двигатель остановится возле этого значения.
Дополнительные функции.
Режим тест.
Рекомендуется проходить при смене или первом включении двигателя.
В режиме производится расчет максимальной частоты вращения используемого двигателя .
Режим измерения температуры.
Его можно включить или отключить. Измеряется температура в диапазоне от 0о до 250о С. Датчик – термопара Хромель/ Копель.
Датчик оборотов может быть различного типа.
Главное условие, должен формировать 10 импульсов на 1 оборот вала двигателя.
Силовая часть должна соответствовать мощности используемого двигателя.
Точность измерения зависит от количества импульсов за один оборот, т.к.их 10, то точность (разрешение) 1 об/сек или 60 об/мин. Соответственно это характеризует и минимальное возможное количество оборотов для индикации. В домашних условиях изготовить диск на 100 импульсов проблематично. Тогда бы разрешение было бы 6 оборотов в мин. Принцип стабилизации очень прост. Измеренное, текущее значение скорости сравнивается с заданным. Если заданное меньше, прибавляется 1 к коэф. заполнения и загрузка в модуль ШИМ мк. Если больше, отнимается. Т.к. измерение при стабилизации производится 1 раз за 100мс, то реакция на изменение на оборотов, тоже 100мс. Индикация производится раз в секунду. Этого временного интервала, при таком количестве импульсов от датчика, не достаточно для сохранения жесткого момента на валу двигателя в точном режиме (400 градаций), но есть возможность плавной регулировки стабильных двигателей.
В режиме счетчика работает стабилизация только точная. Подвод к заданному количеству оборотов может быть осложнен из-за большого разброса параметров двигателей. Выбрали среднее значение. При работе в подводе, мк ориентируется на скорость вращения вала.
Если осталось 50 оборотов до выбранного значения оборотов, отключается стабилизация и идет контроль скорости 8об/сек. У многих двигателей еще крутятся валы при этой скорости, меньше, останавливаются. За 10 оборотов до останови, контроль идет только по вращению вала. Поэтому возможны кратковременные остановки. При экспериментах больше одной не было.
Самое главное, не надо ждать от данного устройства микрошага или поворота на определенный угол. Задача такая не ставилась. Получился неплохой стабилизатор оборотов, значение которых может быть задано.
Схема модуля имеет следующий вид:
На ОУ LM358 собран усилитель напряжения термопары, усиленный сигнал, пропорциональный напряжению, на термопаре измеряется встроенным 10-разрядным АЦП контроллера.. Импульсы от датчика оборотов поступают на встроенный в контроллер компаратор. С выхода компаратора импульсы подаются на счетный вход встроенного таймера. Сигнал ШИМ формируются на выходе и подаются в силовой узел для управления двигателем. Конструктивно есть два выхода ШИМ. Сигналы на них полностью одинаковы в любой момент времени. Т.е. существует возможность управлять двумя одинаковыми двигателями.
Для индикации применен 2×16 ЖКИ индикатор.
Варианты силовой части могут быть различные исходя от параметров применяемого двигателя. Предложен самый простой и дешевый вариант при мощности двигателя до 2кВт и напряжения 220
Фотографии стенда при испытаниях и отладки схемы и программы модуля можно посмотреть в приложении.
Инструкция по эксплуатации.
1. Управление регулятором.
Управление осуществляется с помощью 4 кнопок.
Кнопки многофункциональны для каждого режима, поэтому краткая расшифровка.
S1 кнопка Меню
S2 кнопка +
S3 кнопка —
S4 кнопка Пуск/Стоп
Нажатие кнопки подтверждается звуковым сигналом.
Символы, выводимые на индикацию
Fz – заданная частота вращения (об/мин)
Fi – измеренная частота вращения (об/мин)
Fm – максимальная частота вращения данного двигателя (об./мин)
Qz – заданный коэф. заполнения. (%)
Q – текущий коэф. заполнения (%)
Qa – аварийный порог коэф. заполнения, в режиме счетчика
N – число оборотов в режиме счетчика
No – заданное значение оборотов счетчика
T – температура (град.)
P – индикация ручного режима
А – индикация автоматического режима
С – стабилизация в режиме счетчика
>| – включен доводчик оборотов в режиме счетчика, по заданному количеству оборотов
2. Настройка устройства
2.1 Основные настройки
При первом включении будет выведено на индикацию значения режима, установленные при написании программы. (Рис.1)
Рис.1
Чтобы настроить устройство под необходимые функции, нажмите S1, меню.
На время 2 сек будет выведена информирующая надпись «ввод данных».
Затем программа попросит выбрать необходимые режимы.(Рис.2)
— регулятор или счетчик ( переключается S2, кнопка + )
Рис.2
запомнить и войти в следующий уровень меню, нажать S1
— автоматический или ручной ( переключается S2, кнопка + )( Рис.3).
Рис.3
запомнить и войти в следующий уровень меню, нажать S1(меню)
— точный или грубый ( переключается S2, кнопка + ) Рис.4
Рис.4
Запомнить и войти в следующий уровень меню, нажать S1(меню)
Если выбран режим автоматический, то необходимо задать частоту оборотов Fz.Рис.5
Рис.5
Если выбран режим ручной, то необходимо задать коэф. заполнения Qz. Рис.6
Рис.6
кнопкой S2 (+) выбирается разряд цифры (цифра мигает), кнопкой S3(-) вводится цифра в выбранном разряде.Запомнить и войти в следующий уровень меню, нажать S1(меню)
2.2 Дополнительные режимы
Рис.7
настроить или пропустить ( переключается S2, кнопка + )
запомнить и войти в следующий уровень меню, нажать S1(меню)
Если выбрано «пропустить», выход из меню в выбранный режим.
Если выбрано «настроить», то предлагается:
пройти тест для его прохождения необходимо нажать S4 (пуск/стоп) (Рис.8)
Рис.8
Войти в следующий уровень меню, нажать S1 (меню)
измерение температуры (Рис.9)
Рис.9
вкл или выкл. ( переключается S2, кнопка + )
Запомнить и выйти из меню, нажать S1(меню)
Если выбран режим счетчика, то после нажатия S1(меню), будет предложено ввести Qa, пороговое значение коэф. заполнения, которое нельзя превышать при стабилизации оборотов двигателя (Рис.10)
Рис.10
Кнопкой S2(+) выбирается разряд цифры (цифра мигает), кнопкой S3(-) вводится цифра в выбранном разряде. Если значенияQa=000, то контроль за порогом, отключен.
Запомнить и войти в следующий уровень меню, нажать S1(меню).
Будет предложено ввести No, заданное количество оборотов. Если значение No=00000, то контроль за количеством оборотов, отключен. Выбор и ввод разряда кнопками S2 S3, соответственно
При выключенном двигателе, если нажать кнопку S3( -), сбрасываются показания счетчика.
После нажатия S1(меню), сразу вход в режим счетчика
3. Работа в режимах.
3.1 Режим счетчика.
При входе в режим счетчика, на индикатор выводится следующая информация.
Рис.11
Счетчик считает обороты всегда, в независимости включен или выключен двигатель.
При нажатии S4(пуск/стоп) включается режим ручного, точного ШИМ. Появляется буква «Р». (Рис.12)
Рис.12
Нажатием кнопок +/- (S2,S3) можно изменять значение Q по текущим оборотам двигателя.
После отпускания кнопки, через 5 сек, обороты двигателя стабилизируются. О чем сигнализирует буква «С». (Рис.13)
Рис.13
Для плавной остановки у выбранного значения, после того, как осталось 50 оборотов до выбранного значения, включится режим плавного подвода оборотов, «подводчик». Вместо «С», на индикацию будет выведено «>|».
Стабилизация будет отключена и контроллер, плавно управляя двигателем, подводит к выбранному значению No. Скорость в этом режиме, стабилизируется на значение, 8об/ сек. Соответственно, если число No будет, чуть больше или меньше 50, режим доводчика может включиться сразу.
Т.е., если появилась индикация «>|»: не нужно вмешиваться в управление. Если осталось 20-10 оборотов, возможно временное отключение двигателя.
При выключенном двигателе в нерабочем состоянии, если нажать кнопку S3( -), сбрасываются показания счетчика. После сброса сохраняются ранее записанные значения No, чтобы их изменить или выйти из режима, необходимо нажать S1 (меню.)
3.2 Режим регулятора
3.2.1 Режим ручной (точный/грубый)
При входе в данный режим на индикаторе будет следующая информация.
Рис.14
Признак, что режим точный, запятая в индикации разрядов Q
Когда режим грубый, запятая не выводится на индикацию.
Примечание. Режим измерения температуры включен Т.
При нажатии кнопки S4 ( пуск/стоп) разрешается регулировка оборотов двигателя кнопками +/- (S2,S3), на индикацию выводится признак работы в ручном режиме, «Р». (Рис.15)
Рис.15
Если нажать во время работы двигателя кнопку S1 (меню), текущие показания коэф. заполнения будут записаны как заданные, и сохранены в энергонезависимой памяти.
Выключение двигателя нажать S4 (пуск/стоп).
3.3.2 Режим автомат (точный/грубый)
При входе в данный режим на индикаторе будет следующая информация
Рис.16
При нажатии кнопки S4(пуск/стоп) начинается регулировка оборотов двигателя по сравнению заданной частоты вращения с измеренной, на индикацию выводится признак работы в ручном режиме, «А». (Рис.17)
Рис.17
3.3.3 Дополнительные режимы
3.3.3.1Режим тест
Если выбрано пройти тест, то надо быть готовым, что двигатель, после нажатия S4 (пуск/стоп) за 5 сек наберет максимальные обороты. В процессе тестирования выводится следующая информация. (Рис.18)
Рис.18
Если необходимо срочно выключить двигатель, то надо нажатьS4(пуск/стоп). Но тест пройден не будет.
По окончанию тестирования на индикатор выводится, на три секунды, информация о максимальной скорости оборотов данного двигателя. (Рис.19)
Рис.19
После тестирования устройство переходит в ранее выбранный режим работы.
При настройки и вводе в Fz определенных значений, они будут сравниваться с максимальными и в случае превышения, автоматически исправятся на максимальные ,для данного двигателя.
3.3.3.2 Выбор измерения температуры.
Если режим отключен, то на индикатор не выводятся показания температуры.
Рис.20
3.4 Режим защиты.
Если с датчика оборотов, при работе двигателя, не приходят импульсы в течении
2 сек, двигатель автоматически выключается. На индикатор в течение 5 сек, выводится следующая надпись.
Рис.21
В это время звучит звуковой сигнал.
В режиме счетчика этого контроля нет.
В ручном режиме, для того чтобы не сработала защита, необходимо сразу в меню задавать необходимое значение коэф. заполнения, чтобы было начальное вращение двигателя после пуска двигателя.
При старте в автоматическом режиме время контроля увеличено до 5 сек, чтобы двигатель успел запуститься. Пуск двигателя плавный.
Пакет всей документации (скачать)
Автор: Александр Милевский
Источник: chipmk.ru
