Универсальный регулятор уровня воды

Содержание

Введение                                                                                                 3
1Расчетно-теоретическая часть                                                                
1.1 Разработка схемыэлектрической структурной                         5 
1.2 Выбор элементнойбазы                                                                6 
1.3 Разработка схемыэлектрической принципиальной                 7
1.4 Расчёт усилителяс электронным ключом                                  8
1.5 Расчет источникапитания                                                             12
1.6 Расчет надежности                                                                                 
2 Конструкторско-технологическаячасть                                         21
2.1 Описание конструкции универсального
 регулятора уровня воды.                                                                     21
2.2 Виды и объемработ по техническому обслуживанию             22
2.3 Методы поиска неисправностей иремонт универсального
 регулятора уровня  воды                                                                     28
2.4 Разработка руководства по эксплуатации                                  31
3 Экономическая часть                                                                         33
3.1 Расчетсебестоимости                                                                   33
3.2 Ценообразование, планированиеприбыли.                              40
4 Мероприятия потехнике безопасности и противопожарной
безопасности припроведении технического обслуживания и ремонта       42
4.1 Мероприятия потехнике безопасности                                      42
4.2 Мероприятия по противопожарнойбезопасности                    44
5 Мероприятия поэкологической защите окружающей среды     46
Заключение                                                                                             48
Список использованных источников                                                  49

Приложение A — Руководство по эксплуатацииБКДП.022005.000РЭ












                             
Введение

Всовременном понимании регулятор — это устройство, осуществляющее взаимосвязьмежду положением органа управления и текущим состоянием объекта управления.Первый регулятор изобрел в египетской Александрии грек Хсибиос примерно втретьем веке до н.э. Это был поплавковый регулятор уровня для водяных часов.Водяные часы были известны еще Вавилонянам в 14 в. до н.э. и представляли изсебя сосуд с мерными делениями, из которого вытекала или капала вода, но приэтом скорость истечения жидкости изменялась по мере уменьшения столба воды всосуде. Хсибиос предложил настолько удачную конструкцию для поддержанияпостоянства уровня воды, что его регулятор устанавливался на водяные часы почти16 столетий. В 1781 г. шотландский инженер Дж.Уатт создал двигатель с вращающиммоментом на валу, на котором впервые был применен регулятор частоты вращения.Регулирование частоты вращения осуществлялось двумя сбалансированными на однойоси грузами, вращающимися синхронно с валом машины и соединенными с дроссельнойзаслонкой, перекрывающей проходное сечение парового патрубка. При увеличениичастоты вращения центробежные силы вращающихся шаров поднимали с помощью тягмуфту, соединенную с заслонкой, уменьшая проходное сечение паропровода искорость вращения двигателя.
Центробежныйрегулятор был известен задолго до Уатта и широко применялся на ветряныхмельницах для автоматической регулировки зазора между жерновами (моментасопротивления) в зависимости от ветрового напора, т.е. скорости вращениякрыльев мельницы.
В 1787г. Уатт адаптировал существующий центробежный регулятор под паровую машину,создав более совершенную конструкцию, названную для отличия от прототипа — регулятором Уатта. Особое место в истории техники регулятор Уатта занялблагодаря тому, что именно его конструкция легла в основу теории и практикирегуляторостроения, новой отрасли промышленности, повлекшей за собойформирование особой области знаний — «Теории автоматического управления ирегулирования», составляющей основу современных технологий управленияпромышленными системами.
За это время большихуспехов достигла отечественная микроэлектроника. Разрабатываются и выпускаютсявсе более сложные большие интегральные схемы(БИС), степень интеграции которыххарактеризуется сотнями тысяч транзисторов в полупроводниковом кристалле:микропроцессоры, контроллеры, микросхемы памяти, однокристальные микроЭВМ.Освоены новые технологические методы, значительно повышающие быстродействиемикросхем и снижающие уровень их энергопотребления. Находят все более широкоеприменение технологии программируемых структур, базовых матричных кристаллов,которые позволяют внедрять в практику систему заказов микросхем требуемогофункционального назначения  приприемлемом уровне их стоимости и небольших сроках разработки. Существеннорасширена  номенклатура цифровых,аналоговых и аналого-цифровых микросхем. Заметна тенденция совмещения в  одной микросхеме аналоговых и цифровыхфункциональных узлов, а также узлов, реализующих аналоговые функции цифровымиметодами.
Успехимикроэлектроники сделали возможным широкое применение в системахавтоматического регулирования нового поколения микросхем повышенного уровняинтеграции.
Микросхемы нашлиширокое применение и в регуляторе уровня воды, который способен автоматическиподдерживать уровень воды в емкостях любого объема и может быть использован приоткачивании грунтовых вод из подвалов и погребов, для заполненияводонагревательных баков и расширительных бачков систем водоснабжения и отопления.При этом  регулятор уровня воды можетработать как на заполнение емкости водой, так и на ее откачивание. /1/,/2/
























1Расчетно-теоретическая часть

1.1 Разработка схемы электрическойструктурной

Универсальныйрегулятор уровня воды представляет собой автоматическую систему регулированияуровня воды в емкостях любого объема. Устройство может работать как назаполнение так и на откачивание воды.
Для реализации такогоустройства необходимо чтобы при достижении заданного уровня срабатывал датчик ивырабатывал электрический сигнал удобный для дальнейшего преобразования. Длядостижения  этой цели можновоспользоваться  датчиками уровня которыереагируют на наличие воды и выдают в качестве сигнала управления изменениесопротивления.
Для управления иконтроля состояния датчиков можно использовать схему на основе дискретныхэлементов или цифровых микросхем. Схема на дискретных элементах менее надежна иобладает повышенным энергопотреблением. Схема на цифровых микросхемах болеенадежна, обладает низким энергопотреблением и не требует точной настройки. Приэтом в качестве выходного сигнала будет «1» или «0».
Для анализа схемыуправления и передачи управляющего сигнала необходимо использовать электронныйключ который будет менять свое состояние в зависимости от сигнала на выходесхемы управления.
 В качестве источника управляющего сигналаможно использовать генератор прямоугольных импульсов. При этом он может бытькак на дискретных элементах так и на цифровых микросхемах. Наиболеецелесообразно использовать генератор на цифровых микросхемах в виду высокойнадежности, низким энергопотреблением и габаритами.
Управление нагрузкойможно осуществлять при помощи реле или полупроводниковых элементов. В данномслучае применение реле неоправданно в следствие больших габаритов и большойпотребляемой мощностью. В качестве управляющего элемента целесообразноиспользовать симистор достоинством которого является малые габариты и небольшаяпотребляемая мощность. 
Для питанияустройства необходим блок питания с стабилизированным напряжением. Схемустабилизатора можно использовать на дискретных элементах и на микросхемах.Стабилизатор на дискретных элементах обладает большими габаритами и поэтомуиспользование его является нецелесообразным.
Таким образомразрабатываемое устройство регулирования воды состоит из следующих узлов.
-датчики уровня
-схема управления
-элемент «И»
-усилитель
-электронный ключ
-генераторпрямоугольных импульсов
-источник питания
Структурная схемаданного устройства представлена на чертеже (БКДП.022005.100Э1). /2/, /3/

1.2 Выбор элементнойбазы

Все микросхемы всхеме берем КМДП логики т.к. она обладает низким потреблением энергии.
Схему управлениястроим на микросхеме К561ТМ2, которая представляет собой Dтриггерс динамическим управлением. Установка триггера по входам Rи Sпринудительна,поэтому сигналы синхронизации С и информационного входа Dнеизменяют состояние триггера на выходе во время действия сигналов Rи S.Микросхема имеет следующие параметры:

Таблица1—Таблицаистинности триггера
С
D
R
S



0
0
0
0
1

1
0
0
1
0

×
0
0


×
×
1
0
0
1
×
×
0
1
1
0
×
×
1
1
-
-

  В качестве логических элементов используеммикросхему К561ТЛ1 которая представляет собой два триггера Шмитта с логическимэлементом 2И-НЕ на входе. Микросхема имеет следующие параметры:
Элемент «И» строим наэлементе И-НЕ микросхемы К561ТЛ1
Так же в состав схемыуправления входят переключатели SA1, SA2,дискретные элементы: конденсаторов С1, С3, резисторах R1-R3,R5.
Усилитель строим  транзисторе КТ814А(Iк.max=1,5А,Uкэ.max=40В
Uбэ.нас=1.2, Uкэ.нас=0.6В,h21min=40)
Генераторпрямоугольных импульсов выполняем на микросхеме DтриггераК561ТМ2, элементов RC цепи: С6, С7, R9,R10.
В качестве электронногоключа используем импульсный трансформатор ТИ228, который предназначен дляобеспечения определенных условий передачи мощности от непосредственногоисточника сигнала к выходному сигналу, резистор R13,конденсаторы С9 и С10, симистор TC112-16(Uзак.max=1200В, Uу.от=3В, напряжение в открытом состоянии Uотк=1,8 В, ток управления Iу.от=100mA,Iзкр=3 мА, Iотк.max=16А)
Блок питания строимна трансформаторе типа ТПП204 c последовательнымсоединением обмоток, диодном мосте и интегральном стабилизаторе напряжения КP1157ЕН12A(Uвых=12±0.24В, минимальное падение напряжение между входом ивыходом 2В, Iпотр≤5mA,Uвх.макс≤35В, Iвых.макс=100мА, Pрас=1,3Вт)
В схеме примененыоксидно-электролитические конденсаторы типа К50-35 номинальным напряжением 25В, отклонением емкости отноминального значения ±20%, керамические монолитные  конденсаторы К10-17б номинальным напряжением50В и отклонением емкости от номинального значения ±20%, постоянныетонкопленочные резисторы С2-33Н номинальной мощностью 0.125Вт и 0.25Вт. /4/,/5/

1.3 Разработка схемыэлектрической принципиальной

В начальный момент времени конденсатор С1 находится в разряженном состоянии и после подачи питания удерживает уро­вень логического 0 на время, достаточ­ное для установки триггера DD2.2 в со­стояние логической 1 на выводе 13 и логического 0 на выводе 12.
При нахождении переключателя SA2 положении «закачать»  «лог. 1» с вывода 13 DD2.2 разрешит работу эле­мента DD1.2, тем самым пропуская сигнал с генератора прямоугольных импульсов  на базу VT1. Транзистор, усиливая сигнал по мощно­сти, наводит ЭДС в трансформаторе TV2. Переменное напряжение, наводи­мое в TV2, через токоограничивающий резистор подается на управляющий вывод симистора, тем самым открывая его и подавая напряжение питания на нагрузку.
Вода дой­дя до нижнего датчика уровня, из­менит уровень «лог. 1» на входе DD1. на значение «лог. 0». Пройдя через элементы DD1.3 и DD1.1, уровень «лог. 0» дважды инверти­руется и на входе "S" элемента DD2.2 появляется логический 0. Верхний датчик уровня еще сухой, и на входе DD1.4 присутствует уровень «лог. 1», сле­довательно на входе "R" DD2.2 присут­ствует «лог. 0», и триггер хранит получен­ную в момент предустановки информа­цию (вывод 13 – «лог. 1», выв. 12 – «лог. 0»).
Вода, дойдя до верхнего датчика уровня, подаст на вход DD1.4 логичес­кий 0, на выходе сформируется логи­ческая 1, которая переведет триггер DD2.2 в состояние установки 0. На вы­воде 13 DD2.2 появится логический 0, запрещающий работу элемента DD1.2, и, соответственно, прекратит работу ключ на VT1, симистор закроется, и насос выключится. По мере расхода воды верхний датчик уровня откроется, и на входе DD1.4 установится «лог. 1». Соответствен­но, на входе "R" DD2.2 появится «лог. 0», и триггер будет хранить записанную информацию