Управление напряжением рентгеноскопической установки

1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ РЕНТГЕНОСКОПИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ДОСМОТРА

1.1 Состояние проблемы и описание ОУ

1.2 Анализ ТЗ на разработку

1.3 Обзор литературы

1.3.1 Рентгеновские спектры

1.3.2 Коэффициент ослабления рентгеновских лучей

1.3.3 Генераторы рентгеновского излучения

1.3.4 Оптические параметры рентгеновских трубок

1.3.5 Электрические характеристики

1.3.6 Типы рентгеновских трубок

2. АНАЛИЗ И СИНТЕЗ КОНТУРА УПРАВЛЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЕМ РЕНТГЕНОСКОПИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ

2.1 Постановка общей задачи синтеза

2.2 Математическое описание системы управления

2.2.1 Формирование функциональной схемы СУ

2.2.2 Линеаризация математической модели СУ

2.2.3 Построение модели объекта

2.2.4 Исследование и анализ функциональных свойств системы

2.3 Динамический расчет системы

2.3.1 Синтез цифрового корректирующего устройства с получением дискретной передаточной функции регулятора

2.3.2 Синтез корректирующего устройства с помощью ЛАЧХ

2.3.3 Исследование и анализ функциональных свойств цифровой системы

2.4 Экспериментальное определение коэффициента широтно-импульсного модулятора

3. КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ

3.1 Подготовка алгоритмов управления к реализации на управляющем вычислителе

3.2 Функциональная схема вычислителя

3.2.1 Функциональная схема и характеристики интерфейса микроконтроллера

3.2.2 Аналогово-цифровой преобразователь K1113ПВ1

3.2.3 Аналоговый ключ с декодером K590KH3

3.2.4 Цифровой аналоговый преобразователь K572ПA1

3.3 Разработка программного обеспечения на языке ассемблер используемого микропроцессором

4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС СБОРКИ ПЕЧАТНОГО УЗЛА ВЫЧИСЛИТЕЛЯ

4.1 Анализ технологичности

4.1.1 Качественная оценка технологичности

4.1.2 Количественная оценка технологичности

4.2 Разработка технологической схемы сборки

4.3 Разработка маршрутной технологии

4.4 Разработка операционной технологии

4.4.1 Выбор операции для разработки и оптимизации по производительности

4.4.2 Установление содержания переходов, вариантов выполнения операции и их нормирование

4.4 Разработка операционной технологии

4.4.3 Определение оптимального варианта выполнения операции по производительности в зависимости от числа изделий в партии

5. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

5.1 Описание изделия

5.2 Оценка рынка сбыта установки

5.3 Прогнозирование себестоимости изготовления изделия     

5.3.1 Расчет себестоимости блока вычислителя

5.3.2 Расчет себестоимости и цены системы управления

5.4 Анализ конкурентоспособности изделия

5.5 Стратегия маркетинга

5.6 Баланс доходов и расходов

5.7 Заключение

6 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ

6.1 Выявление и анализ вредных и опасных производственных факторов, действующих в рабочей зоне проектируемого объекта

6.2 Расчет искусственного освещения в производственных помещениях

6.3 Выявление и анализ возможных чрезвычайных ситуаций

6.4 Расчет последствий чрезвычайных ситуаций техногенного характера, причиной которых являются пожары

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ

РЕФЕРАТ

126 страниц текста, 37 рисунков, 12 таблиц, 4 приложения

Объектом управления является рентгеновская трубка 0.32BPM34-160.

В данной дипломной работе проведено проектирование контура управления напряжением рентгеноскопической установки.

Для исследования контура управления напряжением рентгеноскопической установки использован пакет Matlab с приложением Simulink.

В ходе работы построена функциональная схема, математическая модель объекта управления, выбран закон управления, проведен анализ и синтез системы, рассмотрены статические и динамические характеристики системы, исследовано влияние возмущений на систему после чего сделан вывод что система удовлетворяет требованиям ТЗ.

Разработана принципиальная схема управляющего вычислителя, а также технологический процесс сборки печатного узла вычислителя. Рассчитана себестоимость системы и ее рыночная цена. Определены и проанализированы вредные и опасные факторы при разработке данного проекта.

РЕНТГЕНОСКОПИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА, КОНТУР УПРАВЛЕНИЯ, МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ, АНОДНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ, ЛОГАРИФМИЧЕСКАЯ ЧАСТОТНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА, ЗАПАС ПО АМПЛИТУДЕ. ЗАПАС ПО ФАЗЕ, ВРЕМЯ ПЕРЕХОДНОГО ПРОЦЕССА, СТАТИЧЕСКАЯ ОШИБКА, КОРРЕКТИРУЮЩЕЕ ЗВЕНО, ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС, СЕБЕСТОИМОСТЬ.

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ОУ – объект управления;

САУ – система автоматического управления;

ЛАЧХ – логарифмическая амплитудно-частотная характеристика;

ЦСАУ – цифровая система автоматического управления;

АЦП – аналоговый – цифровой преобразователь;

ЦАП – цифровой – аналоговый преобразователь;

ШИМ – широтно-импульсный модулятор;

СС-схема сравнения;

МП – микропроцессор;

БИ- блок инверторов;

Тр1, Тр2– трансформатор;

УН1,УН2 – умножитель напряжения;

РТ – рентгеновская трубка;

ДТ – датчик тока;

ДН – датчик напряжения.

ВВЕДЕНИЕ

Установка, рассматриваемая в данной работе, предназначена для досмотра багажа на пунктах таможенного контроля. Досматриваемый объект, перемещаясь в досмотровом туннеле с помощью ленточного транспортера, пересекает веерный луч рентгеновского излучения, которое формируется рентгеновской трубкой. Теневое изображение сечения объекта регистрируется линейкой фотодатчиков и циклически формирует изображение объекта, выводимое на экран.

В связи с тем, что химический состав веществ(оружие, контрабанда, наркотики, взрывоопасные вещества), которые необходимо контролировать на таможнях, разный. Не своевременное определение данных веществ может привести к очень серьезным последствиям, поэтому возникает необходимость использования рентгеноскопических интроскопов.

Для контроля необходимо излучать волны разной длины и интенсивности. Поэтому необходимо стабилизировать работу и интенсивность излучения рентгеновской трубки. Причины, вызывающие изменение рабочих параметров рентгеноскопов в процессе работы, - колебания напряжения сети и изменение анодного тока.

В данной работе будет рассматриваться анализ и синтез контура управления напряжением, исследованы статические и динамические характеристики системы. А также рассмотрена машинная модель системы управления, экспериментально исследованы динамические и статические характеристики одного из блоков системы, разработан технологичесий процесс сборки печатного узла управляющего вычислителя. Рассчитана стоимость вычислителя и определены мероприятия по охране труда разработчика.

1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ РЕНТГЕНОСКОПИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ДОСМОТРА

1.1 Состояние проблемы и описание ОУ

Установка, рассматриваемая в данной работе, предназначена для досмотра багажа на пунктах таможенного контроля. Для предотвращения перемещения через границу оружия, контрабанды, наркотиков, взрывоопасных веществ необходимо контролировать этот процесс . Поэтому возникает необходимость использования рентгеноскопических интроскопов.

Для контроля необходимо излучать волны разной длины и интенсивности. Поэтому необходимо стабилизировать работу и интенсивность излучения рентгеновской трубки. Причины, вызывающие изменение рабочих параметров рентгеноскопов в процессе работы, - колебания напряжения сети и изменение анодного тока. Колебания напряжения сети приводят к значительным колебаниям интенсивности излучения вследствие изменения анодного напряжения и тока. Изменения анодного напряжения и особенно анодного тока могут также вызвать превышение допустимой мощности трубки либо номинального напряжения трубки при уменьшении анодного тока (уменьшение падения напряжения).

В данном дипломном проекте разрабатывается контур управления и стабилизации напряжения рентгеноскопической установки, рассмотрены возмущающие воздействия, такие как пульсация, колебания и шумы напряжения сети.

На рис.1.1 представлена функциональная схема рентгенотелевизионной установки "Полискан".

Система управления рентгеноскопичной установкой содержит: источник питания 1, второй источник питания 2, первый широтно – импульсный модулятор (ШИМ) 3, фильтр 4, инвертор 5, делитель напряжения 6, первое сравнивающее устройство 7, первый цифровой регулятор 8, второй широтно – импульсный модулятор (ШИМ) 9, третий блок питания 10, второе сравнивающее устройство 11, второй цифровой регулятор 12, рентгеновскую трубку 13.

Рисунок 1.1 - Функциональная схема рентгенотелевизионной установки "Полискан"

Система работает таким образом.

На вход системы подается переменное напряжение 220 В, которое проходя через блоки вторичных источников питания 1,2, превращаются в постоянное по знаку напряжение. Далее, проходя через широтно-импульсный модулятор 3, напряжение идет на вход фільтра 4 , а потом на инвертор 5. После этого сигнал через велитель напряжения 6 поступает на вход первого сравнивающего устройства 7.

С целью управления интенсивностью и спектром излучения задается значение опорного напряжения. Первое опорное напряжение Е_оп1 подается на вход первого сравнивающего устройства 7. Расхождение между опорным напряженим и действительным устраняется путем введения в этот контур цифрового регулятора 8. Таким образом реализован первый контур.

Во втором контуре управления со вторичного источника излучения 2 напряжение подается на вход широтно-импульсного модулятора 9, а потом проходя второй блок питания 10, на другое сравнивающее устройство 11. Сравнивающее устройство 11 сравнивает заданное опорное напряжение Е_оп2 и действительное, которое есть на выходе вторичного блока питания 10. Цифровой регулятор 12 введенный в контур для устранения разногласия между этими напряжениями. Отрегулированный по напряжению сигнал подается на вход рентгеновской трубки 13.

Таким образом, получаем точный анализ багажа и веществ, лучшее изображение багажа на мониторе за счет управления интенсивностью и спектром излучения. Разрабатываемая система предназначена для управления генератором рентгеновского излучения, в роли которого выступает рентгеновская трубка.

1.2 Анализ ТЗ на разработку

Исходными данными для нашей системы является паспорт рентгеновской трубки, который изображен на рис. 1.2 и табл. 1.1. В нем приведены режимы работы ОУ, марка, номиналы, температура, динамические и статические характеристики.

Рисунок 1.2 – Рентгеновская трубка 0.32BPM34-160

Таблица 1.1 Технические характеристики рентгеновской трубки 0.32BPM34‑160