快速成型机的设计说明书(7)

2019-02-14 22:38

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(3) 工业电源

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为AT开关电源,平均无故障运行时间达到250,000小时。 (4) CPU卡

IPC的CPU卡有多种,根据尺寸可分为长卡和半长卡,根据处理器可分为386、486、586、PII、PIII主板,用户可视自己的需要任意选配。其主要特点是:工作温度0-600C;装有“看门狗”计时器;低功耗,最大时为5V/2.5A。 (5) 其他配件:

IPC的其他配件基本上都与PC机兼容,主要有CPU、内存、显卡、硬盘、软驱、键盘、鼠标、光驱、显示器等。

目前国内生产工控机的厂家有华北工控、研华、研翔、爱雷丝等。国外的工控机西门子的很出名。工控机箱标准长度为19英寸,高度为4U。 4.3.2 工控机的设计

工控电脑与普通家用电脑的设计是完全不同的设计理念,工控电脑更多的是在恶劣的环境下使用,对产品的易维护性、散热、防尘、产品周期、甚至尺寸方面都有着严格的要求。因此在设计和选择工控机平台的时候,考虑的更多的是机构的设计。

工控机在很多情况下使用是应用于某个系统之中,因此常常被放置在某个设备之中或上架。因此对尺寸有较严格的要求。根据用户的使用情况,分为上架式和壁挂式两种设计。

(1) 上架式

现在市场上最为常见的研华工控机IPC-610就是标准的4U高度19英寸上架式机箱。可以应用在标准的机柜之中。

针对客户的不同需求,厂商提供了1U、2U、3U、4U、5U和7U高度的机箱。 一般来说,在1U或2U的机构设计上面。由于机箱体积有限,但CPU的功耗日益加大(最新的P4CPU功耗已超过100W),因此内部散热风流设计变成了厂商面临的最大问题。而机构散热设计的功力在很大程度上反映了一个厂商的技术实力。

对于1U工控机,多用于对体积要求较高的电信领域,大多配合上架使用,工控机厂商通过PICMG1.0架构的CPU卡的体积优势,配合1U高度的蝶型底板,可支持最高两个PCI全长卡。从而满足某些要在1U机箱中集成某些特殊规格卡的用户需求。

对于4U,7U的机构设计,由于机箱的体积变大,在狭小机箱中面临散热因素已不

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是主要考虑因素。因此如何合理的利用机箱空间在有限的空间内提供更多的驱动器托架、如何提供多个扩展卡槽位、如何支持双CPU卡、如何抗振动、如何易于维护等因素变成机构设计的主要考虑因素了。

(2) 壁挂式

此外,由于某些设备制造商需要把控制中心(IPC)放置在其设备之中。因此对工控机的体积有较为严格的要求。传统的上架式19英寸机箱体积基本很难满足要求,因此针对此种客户需求,推出了壁挂式的机箱。例如研华的IPC-6606/6608壁挂机箱系列。这类机箱由于体积小,并且应用环境在某设备内部,因此设计理念也重在散热和扩展性能上。工控机根据应用需求整体上可以分为两大类上架式工控机和壁挂式工控机。 4.3.3 工控机的选择

早在80年代初期,美国AD公司就推出了类似IPC的MAC-150工控机,随后美国IBM公司在85年正式推出工业个人计算机IBM7532。IBM 7532 工业计算机是针对工厂作业需求而设计的,以实现计算机整合制造(CIM)观念为中心目标。它特重生产设备的机器间接口,强调机器之间如何自动沟通呼应。它也讲求在工作场所的实际操作,符合在真正作业环境中的各种相关因素。最重要的,它具有丰富功能的组合,可适应广泛的应用层面。它采用高速微处理机,可以发挥强力信息处理的功能;它使用智能型通讯谐调器,可以展现实时处理?分配处理和高速数据处理的境界。不论在那一个作业领域,由于它拥有许多通信功能的组合,均得以针对特殊需求,构建具有多元性质的网络,沟通整条生产线。

IBM工控机的机构设计理念和面向个人的IBM AT/XT个人电脑基本类似,只是在防尘和外壳、硬盘保护方面做出了加强。其核心使用的处理板还是AT结构的母板。早期的工控机就是一个质量更好的PC。但是随着时间的推移,工控机架构有了本质上的变化,根据用户使用环境的变化,演变成了现在流行的底板加插卡的架构。这种架构主要有优点:维护时间减少。

随着工控机被大量用于工业现场,基于母板的系统是不灵活的,为了修复或更新系统需要更换整个母板。更换母板需要在母板拿走之前把所有的插卡和电缆都拔掉。这就导致修复或更新时系统停机时间增加,这在工控现场是不可接受的。

因此工程师们想到另外一个方法,取消母板架构,而把核心的CPU处理单元做在一张插卡上,其它的扩展界面则做在底板上,底板是由一些连接器和无源器件组成的。这

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种结构使得系统更新和修复简单而且停机时间最少。这种设计理念影响了整个工控机的发展。现在ECG事业群的PC104总线技术的嵌入式小板也和这种理念有异曲同工之妙。

研华第一款BP架构的产品出现在1991年,早期由于没有PCI总线,该款产品是基于ISA总线的。后来PCI总线技术成为PC技术的主流时,1994年,PICMG组织及时在无源底板结构中导入了PCI技术,制定了基于ISA/PCI技术的PICMG1.0标准。极佳的扩展性PICMG1.0标准除了上文所阐述的系统更新和修复时间短的主要优点外,还存在另外一个主要优点:具有极佳的扩展性。

工业现场使用工控机做控制核心,会接上多种扩展卡,扩展卡以早期的ISA卡、主流PCI卡为主,比如研华IAG部门的多种采集卡和测量卡。而视用户需求,所使用的ISA、PCI槽也不同。举例来说,某些传统的数控机床厂家,为保障其早期在ISA技术上的投资,会采用传统的ISA控制卡为主。而一些从事视频监控的厂家,由于ISA带宽根本无法满足苛刻的视频带宽需要,必然要采用PCI视频捕捉卡,但是也许会同时选择几个ISA界面的IO卡配合摄像头云台使用。因此用户对ISA和PCI插槽的需求多种多样。

传统的商用母板上PCI、ISA数量固定,早期主板由于面积所限,一般仅提供3个PCI,3个ISA槽,后来ISA在民用市场面临淘汰,因此诸多商用主板厂商基于成本考量,取消ISA槽,或仅提供一个ISA槽。因此对于工控用户的多样性,常规主板提供的槽数难免捉襟见肘。PICMG1.0无源底板标准最高可提供20槽,所提供的ISA、PCI数量也可根据用户需求随意调整。

4.4 固态继电器

固态继电器是一种带光电隔离器的无触点开关。

由于固态继电器输入控制电流小,输出无触点,所以与电磁式继电器相比,具有体积小、重量轻、无机械噪声、无抖动和回跳、开关速度快、工作可靠等优点。因此,

在微机控制系统中得到了广泛的应用,大有取代电磁继电器之势。

固态继电器(Solid State Relay)SSR是用晶体管或可控硅代替电磁式继电器,SSR无触点,响应快,并且将光电隔离集成到一起。根据结构形式,固态继电器有直流型固态继电器和交流型固态继电器之分。

(1) 直流型SSR

直流SSR主要用于直流负载的场合,输出工作电压30--180V(5V开始工作)。 (2) 交流型SSR

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制交流电动机、交流电磁阀等。

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用可控硅作开关器件。分为过零型和移相型两类。用于控制交流大功率设备,如控

4.5 温度控制卡

温度控制卡用来控制成型机激光器室的温度。当温度过高时使冷却器工作,降低激光器的温度。常用的温度控制卡有:紧凑型温度控制卡(KT2)、简单,精确,经济的控制卡(KT系列)。我们选择简单经济,精确的控制卡,常用的有KT4,7,8,9。在成型机的控制系统中,用KT8系列温度控制卡。

4.6 检测元件的选择

4.6.1 传感器的选择

现代传感器在原理与结构上千差万别,如何根据具体的测量目的、测量对象以及测量环境合理地选用传感器,是在进行某个量的测量时首先要解决的问题。当传感器确定之后,与之相配套的测量方法和测量设备也就可以确定了。测量结果的成败,在很大程度上取决于传感器的选用是否合理。

(1) 根据测量对象与测量环境确定传感器的类型

要进行—个具体的测量工作,首先要考虑采用何种原理的传感器,这需要分析多方面的因素之后才能确定。因为,即使是测量同一物理量,也有多种原理的传感器可供选用,哪一种原理的传感器更为合适,则需要根据被测量的特点和传感器的使用条件考虑以下一些具体问题:量程的大小;被测位置对传感器体积的要求;测量方式为接触式还是非接触式;信号的引出方法,有线或是非接触测量;传感器的来源,国产还是进口,价格能否承受,还是自行研制。在考虑上述问题之后就能确定选用何种类型的传感器,然后再考虑传感器的具体性能指标。

(2) 灵敏度的选择

通常,在传感器的线性范围内,希望传感器的灵敏度越高越好。因为只有灵敏度高时,与被测量变化对应的输出信号的值才比较大,有利于信号处理。但要注意的是,传感器的灵敏度高,与被测量无关的外界噪声也容易混入,也会被放大系统放大,影响测量精度。因此,要求传感器本身应具有较高的信噪比,尽员减少从外界引入的干扰信号。传感器的灵敏度是有方向性的。当被测量是单向量,而且对其方向性要求较高,则应选择其它方向灵敏度小的传感器;如果被测量是多维向量,则要求传感器的交叉灵敏度越

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小越好。

(3) 频率响应特性

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传感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围,必须在允许频率范围内保持不失真的测量条件,实际上传感器的响应总有—定延迟,希望延迟时间越短越好。传感器的频率响应高,可测的信号频率范围就宽,而由于受到结构特性的影响,机械系统的惯性较大,因有频率低的传感器可测信号的频率较低。在动态测量中,应根据信号的特点(稳态、瞬态、随机等)响应特性来选择传感器,以免产生误差。

(4) 线性范围

传感器的线形范围是指输出与输入成正比的范围。以理论上讲,在此范围内,灵敏度保持定值。传感器的线性范围越宽,则其量程越大,并且能保证一定的测量精度。在选择传感器时,当传感器的种类确定以后首先要看其量程是否满足要求。但实际上,任何传感器都不能保证绝对的线性,其线性度也是相对的。当所要求测量精度比较低时,在一定的范围内,可将非线性误差较小的传感器近似看作线性的,这会给测量带来极大的方便。

(5) 稳定性

传感器使用一段时间后,其性能保持不变化的能力称为稳定性。影响传感器长期稳定性的因素除传感器本身结构外,主要是传感器的使用环境。因此,要使传感器具有良好的稳定性,传感器必须要有较强的环境适应能力。在选择传感器之前,应对其使用环境进行调查,并根据具体的使用环境选择合适的传感器,或采取适当的措施,减小环境的影响。传感器的稳定性有定量指标,在超过使用期后,在使用前应重新进行标定,以确定传感器的性能是否发生变化。在某些要求传感器能长期使用而又不能轻易更换或标定的场合,所选用的传感器稳定性要求更严格,要能够经受住长时间的考验。

(6) 精度

精度是传感器的一个重要的性能指标,它是关系到整个测量系统测量精度的一个重要环节。传感器的精度越高,其价格越昂贵,因此,传感器的精度只要满足整个测量系统的精度要求就可以,不必选得过高。这样就可以在满足同一测量目的的诸多传感器中选择比较便宜和简单的传感器。如果测量目的是定性分析的,选用重复精度高的传感器即可,不宜选用绝对量值精度高的;如果是为了定量分析,必须获得精确的测量值,就需选用精度等级能满足要求的传感器。对某些特殊使用场合,无法选到合适的传感器,


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