Registrační číslo projektu
CZ.1.07/1.1.16/02.0119
Název projektu
Automatizace názorně
Produkt č.8
Technická dokumentace 10 typů el. obvodů pro jejich výrobu
Kolektiv autorů
2014
Obsah 1. Vizuální prvek pracovišť s automatizačními zařízeními ....................................................................................3 2. Stabilizovaný zdroj s LM 317 .............................................................................................................................6 3. Triakový regulátor ...........................................................................................................................................11 4. Obousměrný regulátor stejnosměrných motorů ............................................................................................14 5. Časovač s NE 555.............................................................................................................................................16 6. Dotykový alarm ...............................................................................................................................................19 7. Úsporný indikátor zapnutého stavu ...............................................................................................................22 8. Siréna ..............................................................................................................................................................24 9. Automatizační obvody ze slabo. a silnoproudých prvků.................................................................................27 10. Závěr ...............................................................................................................................................................29 Seznam použité literatury: ....................................................................................................................................30
Str. 2
1. Vizuální prvek pracovišť s automatizačními zařízeními Úvod Využití automatizace v praxi si lze představit jako činnost automatizovaných linek, montážních pracovišť a přepravních manipulátorů. Takovéto prostory se neobejdou bez vizualizačních signálních zařízení a prvků. Jedním z mnoha používaných symbolů v této oblasti je „šipka“ Následující zapojení „Blikající šipka“ lze použít k označení nebo upozornění na směr pohybu součástek, průchodu obsluhy nebo může sloužit jako ukazatel směru na nepřehledných místech a pod. Následující elektronický obvod ji realizuje a blikáním LED diod zvýrazňuje. Popis činnosti: V zapojení je použitý IO CD 4049, skládající se ze šesti nezávislých investorů, pracujících s log „1“ a log „0“, zapojených jako bistabilní klopné obvody a budiče LED diod znázorňujících šipku. U ní dle stavu klopných obvodů dochází k postupnému rozsvěcování a zhášení LED diod. IO CD 4049 je v provedení CMOS, proto je nutné nevystavovat ho žádným elektrostatickým výbojům, včetně dotyku obvodu při montáži, skladování, pájení a provádění manipulace např. vyjmutí z patice pod napětím. Dále je třeba dávat pozor na správnou polaritu LED diod. Napájení je 6 - 12V stejnosměrných. Technická dokumentace Schéma zapojení
Obr.1.1 Schéma zapojení „Blikající šipka“ Str. 3
Seznam součástek
Rezistory R1 - R5 R6 R7 - R11
Kondenzátory 470R 330R 1M
C1 - C5 Ostatní PAD 1 a 2
Polovodiče 100nF
IC1 D1 – D8
CD4049 LED ᛰ5 červená
pájecí kolíky
Zadání
Podle schéma zapojení navrhněte desku plošného spoje v programu EAGLE S využitím poznatků z technologie osazování desek plošných spojů zhotovte výrobek „Blikající šipka“ formou vývodové montáže.
Příklad návrhu DPS
Obr.1.2 Pohled na DPS ze strany součástek
Str. 4
Technologický postup zhotovení výrobku Kontrola součástek Proveďte fyzickou kontrolu součástek podle seznamu Součástky vyhledejte v katalogu a zjistěte jejich parametry Změřte hodnoty osazovaných součástek Hodnoty zaznamenejte do tabulky a porovnejte s hodnotami v katalogu Zhotovení DPS Pracujte dle technologického předpisu pro výrobu DPS DPS ostřihněte a upravte na daný rozměr a vyvrtejte í otvory dle technické dokumentace V souladu se zadanou technologií vyvrtejte otvory pro vývodovou montáž, včetně očištění od mechanických otřepů Před osazením zkontrolujte desku plošného spoje z pohledu celistvosti propojovacích cest a zkratů (kontrolujte akustickým ohmmetrem) Osazení součástek Dle roztečí otvorů natvarujte vývody součástek. Součástky značené jmenovitým kódem tvarujte tak, aby po osazení do desky bylo značení čitelné a pokud možno orientované ve dvou osách pohledu na celou desku Vývody součástek zakraťte tak, aby byly umístěny 2 mm nad DPS (jednotnou výšku součástek vymezte podložkou zadané tloušťky) DPS osaďte dle technické dokumentace natvarovanými součástkami, tyto zapájejte a. výrobek očistěte od zbytků tavidla Oživení Seznamte se zapojením a základním popisem funkce. Před připojením obvodu na napájecí napětí proveďte vizuální kontrolu dle technické dokumentace a zda nejsou na DPS viditelné zkraty. Na napájecím zdroji nastavte proud na minimální hodnotu, aby v případě zkratů v obvodu nedošlo ke zničení součástek. Na vstupní svorky připojte napájecí stejnosměrné napětí . V případě bez-chybného zapojení součástek zareagují LEDky dle stavu BKO. V případě chybné funkce odpojte výrobek od zdroje a proveďte znovu kontrolu správnosti zapojení, osazení a kvalitu pájení. V případě, kdy se stav nemění využijte znalosti z Elektroniky a Elektrických měření při analytickém postupu zjišťování chyby a jejího odstranění. V případě správné funkce výrobku dokončete očištění a celkovou vizuální úpravu. Výrobek předejte ke kontrole, klasifikaci nebo k dalším montážním pracem.
Str. 5
2. Stabilizovaný zdroj s LM 317 Úvod Automatizační zařízení a prvky osazené elektronickými obvody např. zesilovače signálu, převodníky elektrických i neelektrických veličin, různými typy číslicových obvodů včetně mikroprocesorů a jejich periferijních obvodů se neobejdou bez zdrojů elektrické energie. Různorodost automatizačních prostředků vyžaduje výkonové přizpůsobení. Jsou tu specifické požadavky na úroveň a průběh výstupních veličin. Následující stabilizovaný zdroj je jednou z mnoha možností. Popis V moderních stabilizátorech se používají téměř vždy integrované obvody. V tomto zapojení je použit LM 317, se kterým je možné dosáhnout výstupního napětí 1,25-37V a který má vnitřní proudovou pojistku nastavenou na proud 1 ampér. Obvod pracuje tak, že výstupní napětí je přivedeno přes dělič napětí na vývod 1 (ADJ), kde je porovnáváno s vnitřním referenčním (porovnávacím) napětím (1,25V). Každá případná odchylka výstupního napětí od požadované hodnoty se automaticky vyrovná. Rezistor R2 a potenciometr P1 tvoří dělič napětí. Nastavením hodnoty odporu potenciometru P1 určujeme výstupní napětí U2 = 1,25*(1+P1/R2) Mezi vývodem 3 (OUT) a vývodem 1 (ADJ) je vždy konstantní napětí 1,25V. Aby výše uvedený vzorec platil, musí být vstupní napětí U1 alespoň o 2V větší než napětí výstupní. Kondenzátor C3 brání rozkmitání obvodu. Je vhodné ho umístit co nejblíže integrovanému obvodu.
Technická dokumentace Schéma zapojení
Obr 2.1 Schéma zapojení regulovatelného stabilizovaného zdroje. Str. 6
Seznam součástek Označení
Hodnota
Součástka
Pouzdro
Knihovna
Počet
C1
100n
C-EU075-032X103
C075-032X103
rcl
1
C2
1000µF
CPOL-EUE5-10.5
E5-10,5
rcl
1
C3
10µF
CPOL-EUE5-10.5
E5-10,5
rcl
1
C4
1µF
CPOL-EUE5-10.5
E5-10,5
rcl
1
D1-D6
1N4004
1N4004
DO41-10
diode
6
IC1
LM317T LM317TL
317TL
v-reg
1
LED1
LED5MM
LED5MM
led
1
PAD1-PAD4
3,81/1,4
3,81/1,4
wirepad
4
R1
2k2
R-EU_0207/10
0207/10
rcl
1
R2
150R
R-EU_0207/10
0207/10
rcl
1
R3
5k
TRIM_EU-LI10
LI10
pot
1
Obr.2.2 Seznam součástek – vývodová montáž Označení
Hodnota
Součástka
Pouzdro
Knihovna
Počet
C1
100n
C-EUC1206
C1206
rcl
1
C2
1000µF
CPOL-EUCT6032
CT6032
rcl
1
C3
10µF
CPOL-EUCT6032
CT6032
rcl
1
C4
1µF
CPOL-EUCT6032
CT6032
rcl
1
D1-D6
1N4004
1N4004
DO41-10
diode
6
IC1
LM317T
LM317TL
317TL
v-reg
1
LED1
LED5MM
LED5MM
led
1
PAD1-PAD4
3,81/1,4
3,81/1,4
wirepad
4
R1
2k2
R-EU_R1206
R1206
rcl
1
R2
150R
R-EU_R1206
R1206
rcl
1
R3
5k
TRIM_EU-LI10
LI10
pot
1
Obr.2.3 Seznam součástek – smíšená montáž Str. 7
Návrh DPS
Obr.2.4. Vývodová montáž (strana TOP)
Obr.2.5 Ssmíšená montáž (strana TOP)
Zadání Pro zhotovení výrobku zvolte typ DPS a odpovídající kusovník součástek Při kontrole součástek proveďte měření hodnoty rezistorů, ověřte zda odpovídá toleranci Na základě poznatků a zkušeností z osazováním plošných spojů proveďte montáž součástek na DPS Na oživeném výrobku realizujte elektrická měření dle zadání z měření vytvořte protokol Technologický postup zhotovení výrobku a) Kontrola součástek: Proveďte fyzickou kontrolu součástek podle seznamu součástí. Součástky vyhledejte v katalogu a zjistěte jejich parametry. Změřte hodnoty osazovaných součástek. Hodnoty zaznamenejte do tabulky a porovnejte s hodnotami v katalogu. b) Popis mechanických a montážních prací Vyrobte DPS ve smyslu technologického předpisu pro výrobu DPS. DPS ořízněte na daný rozměr a vyvrtejte upevňovací otvory ve smyslu konstrukční dokumentace. Podle zadané technologie vyvrtejte otvory pro vývodovou montáž. DPS očistěte od mechanických otřepů. Před osazením zkontrolujte desku plošného spoje z pohledu celistvosti propojovacích cest a zkratů.Kontrolujte akustickým ohmmetrem. Dle roztečí otvorů natvarujte vývody součástek. Součástky značené jmenovitým kódem tvarujte tak, aby po osazení do desky bylo značení čitelné. Vývody součástek zakraťte tak, aby byly součástky umístěné 2 mm nad DPS. Pro jednotnou výšku součástek použijte podložku o tloušťce 2 mm. DPS osaďte dle technické dokumentace natvarovanými součástkami a zapájejte. Výrobek očistěte od zbytků tavidel. c) Oživení Seznamte se s zapojením a základním popisem funkce. Před připojením jednotlivých obvodů na napájecí napětí proveďte vizuální kontrolu, zda nejsou na DPS viditelné zkraty. Na napájecím zdroji nastavte proud na minimální hodnotu, aby v případě zkratů v obvodu nedošlo ke zničení součástek. Na vstupní svorky stabilizovaného zdroje PAD1,PAD2 připojte střídavé napětí 32V. Osciloskopem připojeným na výstupní svorky (PAD3,PAD4) zkontrolujte, zda je na výstupu stejnosměrné napětí.
Str. 8
Měření na stabilizovaném zdroji a) Měření na rezistorech -
z kódu určete velikost odporu rezistoru a toleranci ohmmetrem změřte skutečnou hodnotu vypočítejte skutečnou hodnotu tolerance porovnejte hodnotu tolerance vyznačené na rezistoru a vypočítané všechny měřené a vypočítané hodnoty zaznamenejte do tabulky
Zadaná hodnota
Naměřená hodnota
Tolerance v % vyznačená
Rozdíl hodnot
Tolerance v % vypočítaná
R1 R2
Obr. 2.6 Tabulka hodnot měření rezistorů b) Měření na zdroji -
na měřený předmět připojte střídavé napětí 32V (PAD1, PAD2) změřte odebíraný proud napájecí napětí změřte pomocí osciloskopu určete velikost napětí a vypočítejte kmitočet napájecího napětí I = ………mA; U =………V;. f =……….Hz změřte napětí na jednotlivých součástkách viz.tabulka všechny hodnoty zaznamenejte do tabulky osciloskopem změřte výstupní signál na svorkách PAD3, PAD4
Uvst.
UR1
UR2
UC1
UC2
UC3
UC4
UD5
UD6
UD7
Uvýst.
Obr. 2.7 Tabulka naměřených hodnot c) Použité měřící přístroje -
vyjmenujte všechny použité měřící přístroje jednotlivé měřící přístroje stručně popište
Str. 9
Měřící protokol s naměřenými hodnotami – příklad
Měření na stabilizovaném zdroji
Úvod k měřenému předmětu Postup měření - popis a blokové schéma Použité přístroje Tabulková část Výpočty Závěr
Zadaná hodnota
Naměřená hodnota
Rozdíl hodnot
Tolerance v % vyznačená
Tolerance v % vypočítaná
R1
2k2 (2200Ω)
2140Ω
60Ω
5%
- 2,7%
R2
150Ω
148,5Ω
1,5Ω
1%
- 1%
Obr. 2.8 Tabulka hodnot měření rezistorů
Veličiny na vstupu
I = 30,9 mA
U =32V
f =50Hz
Uvst.
UR1
UR2
UC1
UC2
UC3
UC4
UD5
UD6
UD7
Uvýst.
32V
40,8V
1,15V
42,5V
42,5V
40V
41V
1,6V
1,4V
1,1V
41V
Obr.2.9 Tabulka naměřených hodnot napětí
Str. 10
3. Triakový regulátor Úvod
Regulace je proces udržující nějakou fyzikální veličinu na žádané úrovni. V regulačním obvodu je snímána úroveň regulované veličiny. Ta se porovnává s požadovanou hodnotou. Rozdíl obou hodnot se regulačním členem transformuje na výstup, kde se stává vstupní veličinou pro ovladač a ten nastavovacím členem ovlivní regulovanou veličinu. Následující zapojení představuje jeden z prvků regulačního obvodu-elektronický triakový regulátor.
Popis činnosti:
Schéma obvodu odpovídá katalogovému zapojení triaku s RC členem a diakem v regulační větvi. Obvod lze použít pro regulaci výkonu tepelných spotřebičů, žárovek (i halogenových) a otáček komutátorových motorů. Není určen pro asynchronní jednofázové motory s kondenzátorem. Trimrem P1 nastavujeme minimum (ohřevu, svitu,otáček).Potenciometrem ovládáme regulaci od minima po maximum.
Technická dokumentace
Schéma zapojení
Obr.3.1 Schéma triakového regulátoru
Str. 11
Seznam součástek
Rezistory R1 R2 R3 P1 P2
Kondenzátory 120k 10k 100R 220k 500k/N
C1 ,C2 C3 Ostatní
Polovodiče 100nF/MKT 100n/275AC
D1 Tr1
diak ER900 triak BT139/800
Pojistkový držák Svorkovnice
Zadání Podle schéma zapojení navrhněte desku plošného spoje v programu EAGLE S využitím poznatků z technologie osazování desek plošných spojů zhotovte výrobek „Triakový regulátor“ formou vývodové montáže. Příklad návrhu DPS
Obr.3.2 Příklad návrhu plošného spoje Technologický postup zhotovení výrobku Kontrola součástek: Proveďte fyzickou kontrolu součástek podle seznamu součástí. Součástky vyhledejte v katalogu a zjistěte jejich parametry. Změřte hodnoty osazovaných součástek. Hodnoty zaznamenejte do tabulky a porovnejte s hodnotami v katalogu.
Str. 12
Zhotovení DPS Pracujte dle technologického předpisu pro výrobu DPS DPS ostřihněte a upravte na daný rozměr a vyvrtejte í otvory dle technické dokumentace V souladu se zadanou technologií vyvrtejte otvory pro vývodovou montáž, včetně očištění od mechanických otřepů Před osazením zkontrolujte desku plošného spoje z pohledu celistvosti propojovacích cest a zkratů (kontrolujte akustickým ohmmetrem)
Osazení součástek Dle roztečí otvorů natvarujte vývody součástek. Součástky značené jmenovitým kódem tvarujte tak, aby po osazení do desky bylo značení čitelné a pokud možno orientované ve dvou osách pohledu na celou desku Vývody součástek zakraťte tak, aby byly umístěny 2 mm nad DPS (jednotnou výšku součástek vymezte podložkou zadané tloušťky) DPS osaďte dle technické dokumentace natvarovanými součástkami, tyto zapájejte a. výrobek očistěte od zbytků tavidla
Postup oživení Seznamte se zapojením a základním popisem funkce. Před připojením obvodu na napájecí napětí proveďte vizuální kontrolu dle technické dokumentace a zda nejsou na DPS viditelné zkraty. Při oživování se připojí jako zátěž žárovka do 100W. potenciometr P2 se nastaví do levé krajní polohy, trimr P1 se nastaví do polohy, až vlákno žárovky nesvítí, nebo jen minimálně žhne. Při otáčení potenciometrem P2 se musí žárovka plynule rozsvěcovat a zhasínat. Pokud při tomto procesu zabliká, je nutno nastavením trimru P1 druhé minimum svitu vlákna a celý proces zopakovat. S malým chladícím křidélkem je možno regulátor používat ke spotřebičům do příkonu 600W. Při regulaci větších zátěží se triak přišroubuje na chladící duralový plech nebo žebrový chladič o ploše alespoň 100mm2.
Upozornění. Při oživování a za provozu je nutno dbát zvýšené opatrnosti, protože pracujete s napětím 230V. Nelze sahat na součástky, chladič a plošný spoj! Hrozí nebezpečí úrazu elektrickým proudem. Regulátor musí být zakrytován nejlépe do plastové krabičky.
Str. 13
4. Obousměrný regulátor stejnosměrných motorů Úvod Intenzivním zaváděním automatizačních zařízení do celé řady oborů lidské činnosti, a s rostoucí elektronizací těchto systémů, vzrůstá podíl použití elektromotorů jako základního prostředku převodu elektrické energie na mechanický pohyb. Různorodost pohybů např. ve smyslu časové změny (p. rovnoměrný a nerovnoměrný) a z hlediska trajektorie (p. přímočarý, křivočarý) vzniká potřeba řízení činnosti elektromotorů. Jedná se např. o změnu rychlosti otáčení, smyslu otáčení (vlevo,vpravo), přesnou regulaci pohybu osy motoru a v neposlední řadě to může být i úspora el. energie. Náš následující regulátor umožňuje bezkontaktně měnit smysl otáčení stejnosměrných motorků a zároveň plynule regulovat otáčky. Regulace je realizována změnou šířky impulsů pracovního kmitočtu. Popis zapojení Integrovaný obvod IO1 je zapojen jako astabilní multivibrátor s kmitočtem asi 200Hz. Náběžnou hranou jsou shodně spouštěny dva monostabilní klopné obvody tvořené integrovaným obvodem IO2. Jejich časová konstanta je nastavitelná potenciometrem P1. Pokud bude hřídel potenciometru uprostřed dráhy budou časové konstanty obou klopných obvodů shodné, motorek se neotáčí. Když se ale otočí potenciometrem k jednomu konci dráhy více, motorek se roztočí. Čím více bude poloha běžce potenciometru ke konci dráhy, motorek se bude i rychleji otáčet. To samé platí pro otočení hřídele potenciometru do druhé krajní polohy od středu s tím, že motorek se bude otáčet v opačném směru. Z výstupů klopných obvodů je ovládán výkonový regulační můstek typu H, který je osazený komplementárními výkonovými tranzistory typu MOSFET. Použití výkonových tranzistorů MOSFET má velkou výhodu oproti tranzistorům bipolárním v tom, že napěťové úbytky, které vznikají na tranzistorech při spínání jsou zcela zanedbatelné. Tím se snižují nároky na chlazení tranzistorů a de-facto na spotřebu elektrického proudu. Regulátor je určen pro 12-15V motory s výkonem do 50W. Seznam součástek regulátoru R1
15k
IO1
NE555
R2
27k
IO2
CMOS 4098
R3,R4
3k9
IO3
78L09
C1
10µF/50V
T1,T2
9514
C2
100n/MKT
T3,T4
F 540
C
10n
Plastová podložka
4ks
C4,C5
220n/MTK
Slídová podložka
4ks
C6
100µF/25V
Šroubek M3
4ks
D1
1N4148
Matice M3
4ks
P1
25k/N
Str. 14
Schéma zapojení
Obr.4.1 Schéma regulátoru ss motorků
Technologický postup zhotovení výrobku
Jako u dřívějších zapojení v tomto sborníku, proveďte kontrolu součástek včetně vytvoření tabulky naměřených hodnot. Popis mechanických a montážních prací Vyrobte DPS v souladu s technologickým předpisem pro výrobu. Jako předlohu pro návrh a osazení desky použijte níže uvedený obrázek.
Obr.4.2. Osazená deska regulátoru Str. 15
Při osazování dodržte pozice, polaritu a pořadí osazování součástek takto: nejprve osaďte tři drátové propojky, pokračujte osazením rezistorů R1-R4, diodou D1, kondenzátory C1-C6. Dále osaďte IO3 a patice pro integrované obvody IO1 a IO2. Na závěr proveďte napájení tranzistorů T1-T4 a jako poslední potenciometru P1. Chladič tranzistorů může být hliníkový plech o ploše cca 1dm2. Pod hlavy upevňovacích šroubků jsou navlečeny izolační podložky a mezi tranzistory a chladič jsou vloženy slídové podložky tak, aby odizolovaly chladič od tranzistorů. Izolaci překontrolujte ohmmetrem. Oživení Po kontrole předchozích operací proveďte oživení výrobku dle technického postupu s využitím poznatků z elektroniky a elektrických měření. Budete pracovat se vstupním stejnosměrným napětím 15V. Pozornost věnujte správnosti připojení z hlediska polarity vstupních pinů (Ucc +15V, GND).
5. Časovač s NE 555 Úvod Obvody s časovači jsou v automatizaci jedním z nejvíce využívaných prvků. Zpravidla jde o obvod schopný odměřovat nastavovat případně přerušovat časový úsek. Bez časovače v obecném slova smyslu nelze realizovat programování procesů. Setkáme se s nimi v průmyslu, zemědělství,při zabezpečení služeb, v domácnostech, zdravotnictví a dalších oborech lidské činnosti. Následující zapojení nás seznamuje s časovačem schopným po obdržení impulzu připojit na určitou dobu spotřebič, jiný obvod nebo celý proces. Přivedení impulsu na vstup spustí časovač, sepne výstup, a po uplynutí nastaveného času opět výstup rozepne.
Popis činnosti: Vstupní impuls se přivádí na optočlen OK1 přes rezistor R7. Sepnutím tranzistoru T1 se na RC členu R2 C1 R3 vygeneruje impuls, jeho sestupná hrana spustí IO NE555 a výstup IO sepne tranzistor T2.V tom okamžiku se přes R8 a R4 začne nabíjet C3. Po dosažení 2/3 napájecího napětí na vstupu 6 se IO překlopí a jeho výstup uzavře T2. Tranzistor na vývodu 7 uvnitř IO 555 se opět otevře a vybije kondenzátor C3. Tím je obvod připraven na nový cyklus. Pro spínání akčního členu s větším proudovým odběrem se např. na kolektor T2 připojí relé s paralelně připojenou ochrannou diodou v závěrném směru
Str. 16
Schéma zapojení
Obr.5.1 Schéma zapojení časovače NE 555 s optočlenem
Seznam součástek
Rezistory
Kondenzátory
R1,8 68k R2,3,6 2k2k R4 4k7 R5 8k2 R7 uvedeno v odstavci oživení
C1 ,C2 C3 Ostatní Svorkovnice
Polovodiče 10nF 100M
2ks
IO1 OK1 T1,2 D1
NE 555 PC 815 BC 337 žlutá ᛰ3mm
Zadání
Podle schéma zapojení navrhněte desku plošného spoje v programu EAGLE S využitím poznatků z technologie osazování desek plošných spojů zhotovte výrobek „Časovač s NE 555“ formou vývodové montáže.
Str. 17
Příklad návrhu DPS
Obr.5.2 Dokumentace k návrhu DPS a osazení součástkami Technologický postup zhotovení výrobku Kontrola součástek: Proveďte fyzickou kontrolu součástek podle seznamu součástek. Součástky vyhledejte v katalogu a zjistěte jejich parametry. Změřte hodnoty osazovaných součástek. Hodnoty zaznamenejte do tabulky a porovnejte s hodnotami v katalogu. Zhotovení DPS Pracujte dle technologického předpisu pro výrobu DPS DPS ostřihněte a upravte na daný rozměr V souladu se zadanou technologií vyvrtejte otvory pro vývodovou montáž, včetně očištění od mechanických otřepů Před osazením zkontrolujte desku plošného spoje z pohledu celistvosti propojovacích cest a zkratů (kontrolujte akustickým ohmmetrem) Osazení součástek Dle roztečí otvorů natvarujte vývody součástek. Součástky značené jmenovitým kódem tvarujte tak, aby po osazení do desky bylo značení čitelné a pokud možno orientované ve dvou osách pohledu na celou desku Vývody součástek zakraťte tak, aby byly umístěny 2 mm nad DPS (jednotnou výšku součástek vymezte podložkou zadané tloušťky) DPS osaďte dle technické dokumentace natvarovanými součástkami, tyto zapájejte a. výrobek očistěte od zbytků tavidla Str. 18
Postup oživení Seznamte se zapojením a základním popisem funkce. Před připojením obvodu na napájecí napětí proveďte dle technické dokumentace vizuální kontrolu. Čas sepnutí výstupu je dán časovou konstantou RC článku R4, R8 a C3. Lze ho vypočítat podle vzorce t=1,1.(R4+R8).C3 S hodnotami uvedenými na schématu se dá nastavit čas zhruba od 1 do 8s. Trimr nastavíme na střed. Zařízení připojíme na napájecí napětí =12V a kontrolujeme odběr proudu. Na vstup přivedeme impulz odpovídající katalogovým hodnotám optočlenu. Správnou funkci zařízení nám idikuje LED. V jiném případě postupujte při oživení výrobku dle technického postupu pro odstraňování závad s využitím poznatků z elektroniky a elektrických měření.
6. Dotykový alarm Úvod Automatizace se v praxi nevyhýbá ani oblasti zabezpečení budov a objektů. Detektory hlídají otevření dveří,oken a rozbití jejich výplní, jsou schopny rozpoznat pohyb v objektu, požár, únik plynu a tp. Tato zařízení jsou schopna různými prvky vyvolat poplach, dát signál na ústřednu, informovat majitele, přivolat hasiče, variant je celá škála. Následující zapojení „Dotykový alarm“ je schopen vyvolat poplach po dotyku rukou na kliku dveří, ohlídá bránu nebo jakýkoliv kovový předmět. Popis činnosti Základem obvodu je časový spínač (NE 555) spouštěný napěťovou změnou na jeho vstupu vyvolanou dotykem člověka. Pin 2 je trvale připojen prostřednictvím R3 na kladné napájecí napětí. Dotykem dojde ke svedení části napětí a snížení jeho úrovně na pinu 2, což nastartuje časovač. Sepnutý stav IO podrží tranzistor T1 ve vodivém stavu, čímž je přitažena kotva relé po dobu, jíž odpovídá časová konstanta RC článku složeného z C1,R1 a P1. Kontakty relé pak mohou ovládat libovolný obvod se samostatným zdrojem a signalizačním zařízením nebo dát pokyn ústředně případně odeslat SMS majiteli hlídaného objektu. Technická dokumentace Schéma zapojení
Obr.6.1 Schéma dotykového alarmu
Str. 19
Seznam součástek Rezistory R1 R2 R3
100k 4k7 100M
Kondenzátory
Polovodiče
C1 47μF/16V Odporivý trimr
IO1 D1 Relé
P1
NE 555 1N4004-07 12 V
100k
Zadání Podle schéma zapojení navrhněte na milimetrový papír jednostranný plošný spoj S využitím poznatků z technologie osazování desek plošných spojů zhotovte výrobek „Dotykový alarm“ formou vývodové montáže. Příklad návrhu DPS
Obr.6.2 DPS ověřovaného výrobku
Obr. 6.3 Ověřovaný výrobek - osazení součástkami Str. 20
Technologický postup zhotovení výrobku Kontrola součástek Proveďte fyzickou kontrolu součástek podle seznamu Součástky vyhledejte v katalogu a zjistěte jejich parametry Změřte hodnotu osazovaných součástek, zaznamenejte do tabulky a zkontrolujte zda je v toleranci Zhotovení DPS Pracujte dle technologického předpisu pro výrobu DPS DPS ostřihněte a upravte na daný rozměr V souladu se zadanou technologií vyvrtejte otvory pro vývodovou montáž, včetně očištění od mechanických otřepů Před osazením proveďte optickou kontrolu Osazení součástek Dle roztečí otvorů natvarujte vývody součástek. Součástky značené jmenovitým kódem tvarujte tak, aby po osazení do desky bylo značení čitelné a pokud možno orientované ve dvou osách pohledu na celou desku Vývody součástek zakraťte tak, aby byly umístěny 2 mm nad DPS (jednotnou výšku součástek vymezte podložkou zadané tloušťky) DPS osaďte dle technické dokumentace natvarovanými součástkami, tyto zapájejte a výrobek očistěte od zbytků tavidla
Oživení Seznamte se zapojením a základním popisem funkce. Před připojením obvodu na napájecí napětí Proveďte vizuální kontrolu dle technické dokumentace. Zařízení musí být pro správnou funkci uzemněno. Na napájecím zdroji nastavte proud na minimální hodnotu, aby v případě zkratů v obvodu nedošlo ke zničení součástek. Trimr otočte do polohy max., což odpovídá času cca 5s (změnou hodnot součástek lze dosáhnout až 180s). Na vstupní svorky připojte napájecí stejnosměrné napětí 12 V (zapojení by mělo fungovat i v rozsahu 515V). V případě bez-chybného zapojení součástek a provedení spoje zareaguje zařízení po dotyku přitažením kotvy relé. V případě chybné funkce odpojte výrobek od zdroje a proveďte znovu kontrolu správnosti zapojení, osazení a kvalitu pájení. V případě, kdy se stav nemění využijte znalosti z Elektroniky a Elektrických měření při analytickém postupu zjišťování chyby a jejího odstranění. V případě správné funkce výrobku dokončete očištění a celkovou vizuální úpravu. Výrobek předejte ke kontrole, klasifikaci nebo k dalším montážním pracím.
Str. 21
7. Úsporný indikátor zapnutého stavu Úvod Paralelně s rozvojem automatizace se uplatňuje i hledisko na zvýšené úspory elektrické energie. Předmětem zájmu je i sledování odběru signalizačních zařízení zapnutí, signalizujících chod spotřebičů, akčních členů a dalších zařízení vybavených optickým signalizačním zařízením napájenýn elektrickou energií. Například necháme-li LED blikat s opakovací periodou řádu jednotek sekund, spotřeba proudu poklesne až na desítky µA místo původních jednotek mA. Následující elektronický obvod tuto funkci realizuje a blikáním LED diod naopak zvyšuje optické vnímání svitu kontrolky. Popis činnosti: Indikátor je zapojen jako astabilní multivibrátor s tranzistory T1 a T2. Do série s T2 je zapojena indikační LED D1. Multivibrátor pracuje tak, že tranzistory T1 a T2 jsou buď oba sepnuté, nebo oba vypnuté. Ve vypnutém stavu je LED D1 zhasnutá a kondenzátor C2 se pomalu nabíjí (po dobu asi 4,6s) proudem tekoucím z C1 přes R4, D1, R5, R3 a R2. Doba nabíjení je určována především hodnotami součástek C2 a R3. Když napětí na bázi T1 dostatečně poklesne, T1 a následně i T2 sepnou a C2 se rychle vybije proudem tekoucím z C1 přes přechod E-B T1, R5 a sepnutý T2. Doba vybíjení je asi 4,4ms a je určována především hodnotami součástek C2 a R5. Po vybití C2 se oba tranzistory opět vypnou a celý děj se neustále opakuje. Aby byly záblesky co nejvýraznější, musí být LED D1 supersvítivá. Jak vyplývá z popisu funkce, multivibrátor má v části periody, ve které jsou T1 a T2 vypnuté, téměř nulový odběr (<0,5µA) a během intervalu, kdy svítí LED D1, je multivibrátor napájen přes vyhlazovací článek se součástkami R1 a C1. Díky účinku tohoto článku odebírá indikátor mezi svorkami J1 a J2 téměř konstantní proud asi 45µA. Technická dokumentace Schéma zapojení
Obr.7.1 Schéma zapojení indikátoru Seznam součástek Rezistory R1 R2 R4 R5
Kondenzátory 47k 270k 33R 1k
C1 C2
Polovodiče 470M/16V 1M/63V
T1 T2 D1
BC 557 BS 170 LED supravit. ᛰ5 červená
Str. 22
Zadání Podle schéma zapojení navrhněte na milimetrový papír desku plošného spoje pro idikátor S využitím poznatků z technologie osazování desek plošných spojů indikátor zhotovte formou vývodové montáže. Příklad návrhu DPS
Obr.7.2 Pohled na DPS ze strany součástek Technologický postup zhotovení výrobku
Kontrola součástek Proveďte fyzickou kontrolu součástek podle seznamu Součástky vyhledejte v katalogu a zjistěte jejich parametry Změřte hodnoty osazovaných součástek Hodnoty zaznamenejte do tabulky a porovnejte s hodnotami v katalogu Zhotovení DPS Pracujte dle technologického předpisu pro výrobu DPS DPS ostřihněte a upravte na daný rozměr V souladu se zadanou technologií vyvrtejte otvory pro vývodovou montáž, včetně očištění od mechanických otřepů Před osazením zkontrolujte desku plošného spoje z pohledu celistvosti propojovacích cest a zkratů (kontrolujte akustickým ohmmetrem)
Osazení součástek Dle roztečí otvorů natvarujte vývody součástek. Součástky značené jmenovitým kódem tvarujte tak, aby po osazení do desky bylo značení čitelné a pokud možno orientované ve dvou osách pohledu na celou desku DPS osazujte dle technické dokumentace natvarovanými součástkami od nejnižších po nejvyšší, přičemž nejvýše položenou bude signalizační LED dioda. Součástky zapájejte a výrobek očistěte od zbytků tavidla.
Str. 23
Oživení Seznamte se s popisem funkce zapojení. Před připojením na napájení proveďte vizuální kontrolu. Na napájecím zdroji nastavte proud na minimální hodnotu. Na vstupní svorky připojte napájecí stejnosměrné napětí 6V. V případě bez-chybného postupu při zhotovování indikátoru bude tento pracovat při prvním zapojení. Změřte napájecí proud. Dokončete očištění a celkovou vizuální úpravu. Výrobek předejte ke kontrole, klasifikaci nebo k dalším montážním pracím.
8. Siréna Úvod Akustické zařízení siréna je prostředkem pro varování obsluhy, občana, zaměstnanců nebo personálu před hrozícím nebezpečím. Její použití jako akustického varovného zařízení se nevyhýbá ani automatizovanému prostředí. Především tam, kde jsme svědky velké hlučnosti (lomy, doly, doprava strojové parky) a potřeby oznámení nebezpečí nebo vyhlášení poplachu (záchranný systém, ochrana budov a objektů) se setkáváme s těmito zařízeními. Navíc v posledně jmenované oblasti, kdy se sirénky montují i do interiérů, vzniká požadavek na velikost zařízení. Následující elektronické zařízení v provedení plošné montáže splňuje i tato zadání. Popis činnosti: Zapojení využívá integrovaného obvodu 556, který sdružuje dvojici časovačů 555. Oba časovače jsou zapojeny jako astabilní klopné obvody přičemž IO1a pracuje s poměrně nízkým kmitočtem (f = 1,44/((R1+2R2)*C1) => f = 1,27Hz) a ovládá IO1b který s uvedenými hodnotami součástek R5, R6 a C2 pracuje jako generátor signálu na frekvenci asi 700Hz. K řízení generátoru,aby vznikl kolísavý tón je třeba pilovitý průběh, který se generuje při nabíjení a vybíjení kondenzátoru C1. Odsud se pilovité napětí odvádí na bázi tranzistoru T1. Dioda D1 paralelně připojená k rezistoru R2 způsobuje rychlejší nabíjení a pomalejší vybíjení C1, to způsobí, že výsledný tón pomaleji stoupá a rychleji klesá, konečný zvuk se pak více podobá skutečným sirénám. Proměnné napětí z emitoru T1 přivádíme přes R4 na vstup IO1b (pin 11, řídící napětí) čímž posouváme referenční napětí komparátorů uvnitř IO. Kmitočet je odvozen od překlápěcí úrovně vnitřního komparátoru (překlápí pří 1/3 a 2/3Ucc na C2). Díky napětí přiváděného na vstup IO1b se referenční napětí posunuje, oscilátor mění frekvenci podle vstupního pilovitého napětí, čímž vzniká klouzavý tón (frekvenční modulace) na výstupu IO1b (pin 9). Signál z výstupu IO1b je veden přes rezistor R7 na bázi tranzistoru T2, v jehož kolektorovém obvodu je zapojen elektroakustický měnič. Diody D2 a D3 chrání T2 před napěťovými špičkami, D4 a C4 slouží k zamezení ovlivňování IO případnými proudovými rázy. Zároveň D4 brání přepólování IO. Kondenzátor C3 slouží pouze jako ochrana nezapojeného vstupu a jeho kapacita není kritická (10-100nF). Jelikož maximální kolektorový proud použitého tranzistoru T2 je 0,5A a maximální kolektorová ztráta 0,25W lze při R7 = 47k a impedanci reproduktoru 8Ω provozovat sirénu bez poškození T2 při napájecím napětí 5 - 6V. Při vyšším napájecím napětí je třeba zvětšit hodnotu odporu rezistoru R7.
Str. 24
Technická dokumentace
Schéma zapojení
Obr.8.1 Schéma sirény
Seznam součástek
Rezistory R1 R2 R3 R4,R6 R5,R7
Kondenzátory 470k 330k 6k8 2k2 47k
C1 C2,C3 C4
Polovodiče 1M 22n 100M
D1 – D4 T1 T2 IO
1N4148 BC 857TA BC 817 NE 556
Ostatní SP1
piezo KSS1201
Zadání
Podle schéma zapojení navrhněte desku plošného spoje v programu EAGLE S využitím poznatků z technologie osazování desek plošných spojů zhotovte výrobek „
Str. 25
Příklad návrhu DPS
Obr.8.2 Pohled na DPS ze strany součástek
Obr.8.3 Klišé DPS plošné montáže
Technologický postup zhotovení výrobku
Kontrola součástek: Proveďte fyzickou kontrolu součástek podle seznamu součástí. Specifické označení součástek SMD vyhledejte v katalogu Osazení součástek a oživení výrobku Všechny součástky kromě elektroakustického měniče jsou umístěny na jednostranné „profi“ desce plošných spojů. Celé zařízení je realizováno v provedení SMD. Desku osazujeme směrem od středu k vnějším okrajům, aby nám nepřekážely již osazené součástky. Integrovaný obvod IO1 má pin č.1 na straně se zkoseným pouzdrem, kondenzátory C1 a C4 mají kladný pól označen proužkem. Značení tranzistorů T1 a T2 v pouzdře SOT23, je provedeno kódem . T1 – BC857A je na pouzdře označen kódem 3Ep, tranzistor T2 BC817-25 potom 6Bp Diodu D1 zatím neosazujeme. Přívodní vodiče přímo zapájejte k ploškám. Rezistory R8 – R11 slouží pouze jako propojky a nejsou zakresleny ve schématu. Po osazení všech součástek kromě D1 a vizuální kontrole celé desky (musíme dávat dobrý pozor, aby při pájení nedošlo ke vzniku cínových můstků, především v oblasti IO1) připojíme elektroakustický měnič a napájecí napětí 5V. Měl by se ozvat kolísavý tón, pokud je vše v pořádku můžeme zkusit zapojit diodu D1 a tím ovlivnit výsledný charakter zvuku. Pokud bychom požadovali změnu frekvence a kolísání zvuku, můžeme změnit časové konstanty IO1a (R1, R2, C1) a IO1b (R5, R6, C2). Pokud siréna funguje podle našich představ desku očistíme lihem a nastříkáme ochranným lakem.
Str. 26
9. Automatizační obvody ze slabo. a silnoproudých prvků Úvod
Obecný pojem automatizační prostředky se používá pro veškeré nástroje, konstrukční prvky a vybavení, které se používá při automatizaci v praxi. Postavení automatizace z hlediska vývoje společnosti a ekonomičnosti výroby, služeb a obsluhy přinesl značný rozvoj celého sortimentu automatizačních prostředků. Současný konstruktér automatických soustav má při jejich přípravě širokou nabídku nejrůznějších konstrukčních prvků slabo i silnoproudého charakteru, které může při projektování soustav a systémů využít. Náš zájem bude nyní soustředěn na realizaci zapojení, která v sobě „snoubí“ slabo a silnoproudé komponenty za účelem zhotovení obvodů zabezpečující automatické funkce.
Zadání
-
Prostudujte schémata zapojení a obrázky ověřovacích realizací obvodů s regulátorem a dálkovým ovládáním zásuvek Vytvořte seznamy součástí a prvků pro zapojení v jednofázové síti TN-S 230V Při využití technické dokumentace a znalostí z předmětů Elektrické stroje a přístroje, a Elektronika vytvořte prováděcí schémata zapojení Proveďte montáž zapojení obvodů na panelu DIAMETRAL za použití poznatků z předmětu Technologie Za přítomnosti učitele odborného výcviku proveďte praktické odzkoušení kompletních zapojení Při odzkoušení otestujte funkce a proveďte nastavení dálkového ovládání zásuvek takto: 1 světelný kabel, 2 žárovkové svítidlo, 3 reflektor
Schéma 1
Obr. 9.1 Přehledné schéma zapojení regulátoru
Str. 27
Schéma 2
Obr. 9.2 Přehledné schéma zapojení dálkového ovládání zásuvek
Praktické provedení na panelu DIAMETRAL
Obr. 9.3 Realizace zapojení regulátoru
Str. 28
Obr. 9.4 Realizace zapojení dálkového ovládání zásuvek
10. Závěr Produkt „Technická dokumentace 10 typů el. obvodů pro jejich výrobu“ byl vytvořen v rámci osnov Odborného výcviku pro obory Elektrikář – silnoproud, Elektrikář (slaboproud) 3.ročník a Mechanik elektrotechnik 2-4.ročník. Materiál je řešen formou modifikovatelné dokumentace, kdy lze měnit jednotlivé technologie přípravy i vlastní výroby za účelem rozšíření znalostí a dovedností žáků při tvorbě automatizačních obvodů.
Str. 29
11. Seznam použité literatury: [1] Úsporný indikátor zapnutí[online]. [cit. 2014-02-02]. Dostupné z: http://www.elektronovinky.cz/konstrukce [2] Regulátor [online]. [cit. 2014-02-25]. Dostupné z: http://www.bastleni.eu/elektronicka-zapojeni [3] Siréna-s-kolísavým-tonem-pro-modelare [online]. [cit. 2014-01-15]. Dostupné z: http://www.hw.cz/teorie-a-praxe/konstrukce [4] Časovac_555 [online]. [cit. 2014-01-07]. Dostupné z http://jirky.webz.cz/index [5]Hájek J., 2x časovač 555 BEN - technická literatura, Praha 1998 [6]Štěpán Berka a kol.- Elektrotechnická schémata a zapojení BEN - technická literatura, Praha 2010 [7]Z archívu autorů
Zpracoval kolektiv autorů SŠ TEGA Blansko
Miroslav Opletal František Kitner
Str. 30
