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关键词:电动执行机构控制原理回路分析
中图分类号:TM921文献标识码: A
一、简述典型电动执行机构控制原理图及回路分析
图(1)为典型电动门控制原理图
1 正向运动:
合上空气开关QF接通三相电源
按下正向启动按钮SB3,KM1通电吸合并自锁,主触头闭合接通电动机,电动机这时的相序是L1、L2、L3,即正向运行。如果运动到了极限位置,将碰到限位开关SQ1,SQ1的常闭断开,KM1失电不再吸合,主触点断开电动机停止。
2 反向运动:
合上空气开关QF接通三相电源
按下反向启动按钮SB2,KM2通电吸合并通过辅助触点自锁,常开主触头闭合换接了电动机三相的电源相序,这时电动机的相序是L3、L2、L1,即反向运行。如果运动到了极限位置,将碰到限位开关SQ2,SQ2的常闭断开,KM2失电不再吸合,主触点断开电动机停止。
3互锁环节(具有禁止功能在线路中起安全保护作用):
a. 接触器互锁:KM1线圈回路串入KM2的常闭辅助触点,KM2线圈回路串入KM1的常闭触点。当正转接触器KM1线圈通电动作后,KM1的辅助常闭触点断开了KM2线圈回路,若使KM1得电吸合,必须先使KM2断电释放,其辅助常闭触头复位,这就防止了KM1、KM2同时吸合造成相间短路,这一线路环节称为互锁环节。
b. 按钮互锁:在电路中采用了控制按钮操作的正反传控制电路,按钮SB2、SB3都具有一对常开触点,一对常闭触点,这两个触点分别与KM1、KM2线圈回路连接。例如按钮SB2的常开触点与接触器KM2线圈串联,而常闭触点与接触器KM1线圈回路串联。按钮SB3的常开触点与接触器KM1线圈串联,而常闭触点压KM2线圈回路串联。这样当按下SB2时只能有接触器KM2的线圈可以通电而KM1断电,按下SB3时只能有接触器KM1的线圈可以通电而KM2断电,如果同时按下SB2和SB3则两只接触器线圈都不能通电。这样就起到了互锁的作用。
4 停止:
a. 正常停止,按下按钮SB1,SB1的常闭接点断开,控制回路失电接触器不再吸合,电动机停止运行。
b. 紧急停止,紧急停止是设备在运动过程中,运动到了位置极限碰到限位开关SQ1(SQ2)所造成的停止,这是只要启动反方向控制,即可使设备重新运行。
5 马达过电流保护:
将热敏保护继电器串联在马达动力回路中,当马达电流超过设定值后,继电器动作,其串联在控制回路中的常闭触点FR断开,同时就断开了接触器KM1或KM2的电源,马达断电。
6 过力矩保护:
一般电动执行其中都配置开、关力矩保护开关(图中未标示),并将开、关力矩常闭触点分别串联在马达正、反转控制回路中,当阀门运动过程中过紧或卡涩,超过设定力矩值时,力矩开关常闭点断开,同时就断开了接触器KM1或KM2的电源,马达断电,停止运行。
二、阀门执行器调试时应注意以下事项:
1)接线:根据施工图纸、说明书、技术交底逐一对线、接线,确保接线正确、牢固。接线必须套打印的号头管。
号头打印应统一格式、内容。例如,以下是河源项目号头打印规定:
开关门接线号头打印规定:反馈开:FK+、FK-,反馈关:FG+、FG-,故障: G+、G-,远控方式: YK+、YK-,指令开: ZK+、ZK-,指令关: ZG+、ZG- ,电源: U、V、W、N。
调节门接线号头打印规定: 指令: Z+、Z-,反馈: F+、F-,电源: U、V、W、N。
2)阀门检查:检查阀门执行器外观有无运输、安装过程中造成的碰撞痕迹、裂纹等损伤,若有损坏必须立即上报。转动手轮,观查其传动装置有无卡涩、行程开关,力矩开关是否动作良好。
对于角行程的阀门执行器,要检查其底座是否固定牢固,安装位置是否受锅炉本体、风烟道膨胀影响;要对阀门与执行器连杆角度、长度进行二次调整,使执行器作用于阀门的力矩最大化,并消除行程死区。
3)送电、送气:电动门调试送电前必须用摇表或万用表逐一测试马达三相线圈电阻、绝缘并记录,测试合格后方可送电。送电时就地阀门必须有人监护,并与配电箱侧送电人员保持通讯畅通。送电后测量相间电压是否正确,是否缺相。
气动门送气前必须进行压缩空气管路吹扫、并检查管路的严密性;气源压力严格按照阀门铭牌规定调整,严禁超压,以免损坏执行器气缸。
4)电机转向试验:先用手轮将阀门摇至中间位置,再点动阀门,观察阀门动作方向是否正确。如转向相反,将三相电源中的任意两相对调即可。
5)力矩开关调整:力矩开关一般出厂时厂家已调好,若阀门过紧,力矩开关频繁动作,应视实际情况逐渐调大力矩,但力矩值一般不要超过额定力矩的80%,以免损坏阀门。一般开方向力矩要比关方向力矩大些。
6)限位开关调整:在阀门快要运行到开、关限位时必须停止电动操作,一定要用手作将阀门开关到位,防止阀门顶坏。关限位的预留圈数要视管道内介质参数而定,一般低温、低压管道和风道阀门离开关到位过力矩区域即可,要尽可能少地预留,以免阀门内漏严重;高温高压管道要视情况预留一圈至二圈,以免阀门受热膨胀后造成阀门过力矩操作不动或卡死。开限位可多预留几圈,不会影响管道内介质流量。
7)位置指示机构的调整:在调整好力矩、行程的基础上调整就地位置指示机构和远传反馈信号一致。
8)远控功能调试:阀门就地各项功能调试完成后必须要进行远控试验,从阀门接线端子排或从控制柜端子排短接开、关(停)指令,阀门开关(停)动作应良好,并用万用表测量阀门输出的远传开、关、远控/就地、故障、阀位等信号正确,否则应继续进行相关设置、调整,直至远控动作、反馈完全正确为止。反复开关阀门两次,记录下开关的时间,填好相应的表格于当天交技术员处,以便及时更新阀门清单。
调节门就地用信号发生器加信号试验,用万用表测量反馈(有条件的也可直接从DCS操作试验),一般指令、反馈偏差不超过±2%。
9)智能阀门调试:智能阀门的调试应严格按照说明书规定的调试步骤执行,力矩、限位按以上规定调整,就地功能调试完成后必须按上述要求进行远控功能试验。
【关键词】Protel DXP 2004;电路原理图;印制电路板;敷铜板
计算机技术的发展,为电子自动化设计提供了丰富的软件。Protel是Aitium公司推出的一款功能强大的电子电路CAD软件,是目前国内电子行业使用最广泛的电子电路设计软件。有多个版本,职业院校普遍使用的是Protel DXP 2004,主要用于绘制电路原理图、电路仿真、PCB板设计等。本文介绍教学实习中运用Protel DXP 2004,在实验室制作印制电路板的方法。用该方法制作出的印制电路板,可以满足于电子爱好者制作作品的需要。
1 印制电路板的设计
1.1 创建新的工程文件
运用Protel DXP 2004设计印制电路板,首先要创建一个工程文件,接着创建原理图设计文件和印制电路板设计文件,有的还要创建原理图库文件和元件封装库文件等,每一个文件都要保正确保存,以便于管理。
1.2 电路原理图的设计
根据实际电路的复杂程度设置图纸的各项参数,然后将有关的元件库加载到当前的工作库中,根据原理图的需要,从元件库找到各原理图元件并放置到图纸当中,注意元件的位置、放置方向等,并设置元件的属性,如编号、封装等;最后根据元件之间的电气连接关系,利用Protel DXP 2004的具有电气特性的导线,将原理图元件管脚连接起来。
正确的原理图是制作美观可靠印制电路板的前提和基础,所以原理图绘制完成后,应该根据原图或电路原理进行仔细的检查,确保正确无误。否则由于原理图的错误,将导致后期的印制电路板无法制作完成,或导致制作的印制电路板存在严重错误甚至报废。为了确保原理图的正确,Protel DXP 2004提供了编译功能对原理图进行编译,相当于Protel以前版本的ERC(电气规则检查)检查,利用工程编译可以对原理图中的导线连接、元件编号、总线绘制等进行电气规则检查,对违反电气规则的元件和导线等对象生产相应的报告,提示用户进行相应的修改。
1.3 印制电路板的设计
在进行印制电路板实际制作之前,必须作好各方面的准备工作。如确保原理图绘制正确,根据实际元件为各原理图元件输入合适的引脚封装。根据电器外壳尺寸或设计要求规划电路板的形状和尺寸,一般采用向导的方法自动产生电路板可以降低设计难度。根据电路板元件密度高低和布线复杂程度确定电路板的种类。测量电路中有定位要求元件的定位尺寸,如电位器、各种插孔距离电路板边框的距离,安装孔的尺寸和定位等。
在规划好电路板后,载入元件引脚封装和网络,在载入元件引脚封装和网络时可能会碰到各种错误,此时应根据各错误提示,回到原理图中进行修改,再重新载入元件引脚封装和网络,直到错误排除。然后根据布局原则进行自动布局和手工调整,使元件的位置符合产品布局要求,并方便布线。接下来是布线工作,布线一般采取自动布线和手工布线相结合的方式,在自动布线前必须设置自动布线规则,确定布线层面,导线宽度等参数,为自动布线作准备。设置好布线规则后,就可以运行自动布线命令,此时必须进行手工修改,同时根据实际需要和提高抗干扰能力与可靠性的要求,可以给电路板添加覆铜、安装孔、补泪滴等,还要修改和添加元件标注、尺寸标注、文字标注等。
在设计完成后,可以运行DRC设计规则检查,查看电路设计是否满足前面设置的布线等设计规则,如果有违反规则的对象,还必须采取措施修改。
设计好的印制电路板图,经激光打印机输出到特制的热转印纸上,供下面制版使用。
2 热转印制电路板的制作
2.1 主要器材
热转印机或者压膜机、自动腐蚀机、台钻、松香酒精饱和溶液、三氯化铁等。
2.2 制作步骤
根据印制电路板的大小裁切面积适合的敷铜板,将敷铜板先用细砂纸抛光,再用橡皮擦净,然后用洗涤灵或洗衣粉洗干净、晾干遥清洁后的敷铜板不能再与任何物质接触,甚至不能用手触摸,因为敷铜板上任何肉眼看不见的污渍和汗渍都会影响最终的转印效果。
将打印好的转印纸的图形面朝下和敷铜板的铜面对贴起来,四周用耐高温胶带粘平、粘牢,然后送入热转印机或者压膜机。由于普通激光打印机所用的墨粉是含有磁性物质的黑色塑料微粒,当打印电路图时,墨粉受激光打印机硒鼓静电的吸引,在硒鼓上形成电路图形,当静电消失后,图形就转移到了转印纸上。当转印纸和敷铜板一起通过转印机内一对高温、高压的硅胶圆柱辊缝隙时,转印纸上吸附的墨粉受热融化。由于转印纸表面异常光滑,当温度达到180益左右时,它对墨粉的吸附力急剧下降,使融化的墨粉完全吸附到敷铜板上。
敷铜板自然冷却后,小心揭掉转印纸就会看到在其表面形成了牢固的、和电脑上完全一样精美的印刷线路图。由于墨粉是由含有树脂的高分子材料组成的,因此它对三氯化铁具有良好的抗腐蚀性,所以,此线路图就是可靠的保护层。
配置好合适的三氯化铁溶液,把转印的敷铜板放入腐蚀机进行腐蚀,没有墨迹的敷铜面和环保腐蚀剂发生化学反应,被腐蚀掉了,有墨迹保护的地方敷铜板没被腐蚀,这样便得到了打印出来的带铜箔走线的印制电路板。
最后选用孔径合适的钻头对电路板打孔,打完孔后用砂纸打磨电路板,把墨迹磨干净,并用清水冲洗,再涂上松香酒精饱和溶液即可。
2.3 注意事项
2.3.1 打印时应设置成镜像打印,这样得到的印刷板和电脑设计的线路图才会完全一致。
2.3.2 由于墨粉高温时很不牢固,稍有外力就会脱落,因此转印过程中,电路板应轻拿轻放;冷却时不要用风吹促其降温,而要自然冷却至室温,不可过早揭开转印纸,以避免墨粉意外脱落。
2.3.3 转印后,印板若有缺陷,可用油性记号笔进行修补。
2.3.4 腐蚀后的板子应先用清水冲洗,除去残余的三氯化铁,然后再去黑色保护层,以免残存的三氯化铁腐蚀需要保留的印刷线条。
2.3.5 为保证打孔质量,打孔时最好使用功率较大的台钻,不要使用功率较小的手电钻。
3 结语
本文介绍的热转印方法制作印制电路板,简单实用,初学者很容易能熟练掌握,因为其印刷板精度高、速度快、成本低,特别适用于学校、研究所、业余爱好者进行小批量的印制板的制作。利用它不仅解决了制作人员的设计不能物化为产品的问题,而且为寻找差距、进一步优化设计提供了可能。
参考文献:
[1]王国玉,李中显.电子产品设计与制作[M].科学出版社,2010
[2]任富民.电子CAD- Protel DXP电路设计[M].电子工业出版社,2011
【关键词】操作方式 识读 机床电气原理图
引言:
在模拟电路板上进行“排故”,是中级维修电工必考内容。在教学中,学生对正确圈出故障范围感觉难度很大,经过分析发现,是学生对电路的工作原理理解不够透彻。经过探索,本文作者在中级维修电工实训教学中,采取以“操作方式”识读机床电气原理图的方式进行教学,通过几年的实践,教学效果良好。现以Z3050摇臂钻床为例,阐述以“操作方式”识读机床电气原理图的方法和步骤,供同行参考。
一、学生应具备识读电气原理图的基本能力
识读电气原理图,学生应具备一些基本能力,这些基本能力包括:能识读低压电器元件的文字符号和图形符号;能理解每个低压电器元件的工作原理、作用;掌握一些基本控制电路的工作原理:如单向连续控制电路、正反转控制电路等;掌握识读机床电气原理图的一些基本知识:能分清原理图的五大部分(电源、主电路、控制电路、保护电路、照明电路、信号电路);能理解图面区域划分的基本知识(图区、用途栏、符号位置索引)。可在进行“排故”实训前,通过“装板”实训等途径,让学生具备这些识读电气原理图的基本能力,只有这样才能去识读机床电气原理图的工作原理。
二、详细了解机床的主要结构、工作内容、主要运动形式
了解机床的主要结构、工作内容、主要运动形式的途径:到车间通过观看机床操作者的操作来了解;通过观看操作视频来了解;通过查看相关书籍来了解;通过老师的课堂讲解来了解。
了解机床的主要结构、工作内容、主要运动形式的作用:这是识读机床电气原理图的基础,也即人们常说的读“机”。只有了解了机床的主要结构、工作内容、主要运动形式,才能知晓机床能做些什么,也才理解机床主要部件的运动形式,最后才能明确对电力拖动的要求。例如:Z3050摇臂钻床有液压泵电动机,只有知晓该机床有主轴箱、立柱、摇臂等三个地方需要放松、夹紧,并且该机床采用液压方式来进行放松、夹紧,才能明白主回路中液压泵电动机需要正反转;只有知晓主轴箱、立柱与摇臂不能同时放松和夹紧,才能理解控制回路中控制液压泵电动机正反转的交流接触器KM4、KM5都有两条支路,以及电磁铁YA的得电和失电的含义。
三、会操作
首先能认识模拟电路板上的元器件,并能将该元器件与电气原理图的元件一一对应。
接着应该了解该机床能做什么。Z3050摇臂钻床有以下功能:照明、指示灯、冷却液、主轴连续转动、摇臂上升及下降、摇臂旋转、主轴箱移动等。
最后能正确操作机床。如:需要摇臂上升,就要按下SB3并压动SQ2,主轴电动机M2正转;需要主轴箱夹紧,就要按下SB6,液压泵电动机M3反转等。
四、实例
现以Z3050摇臂钻床主轴控制为例,阐述以“操作方式”识读机床电气原理图的方法和步骤。
1、元器件的认识、操作
在模拟板上能认识各种元器件,简单说出其工作原理、作用、文字符号,能正确操作元器件,并能将模拟板上元器件与电气原理图的元件一一对应,檎确操作、观察设备动作情况打下基础。
2、操作
这一步要让学生明确自己在操作什么,机床会干些什么?能正确操作机床。“主轴电动机控制”操作步骤:接通总电源开关QS1,按下按钮开关SB2,主轴电动机连续运行。
3、观察
观察对象及内容:哪些开关接通?哪台电动机运转?哪些控制电器得电?“主轴电动机控制”操作后观察到的现象有:总电源开关QS1接通,按下按钮开关SB2,交流接触器KM1得电吸合,主轴电动机M1连续运行。
4、工作原理
1)、“主轴电动机控制”主电路工作原理。通过操作,观察到总电源开关QS1接通、交流接触器KM1得电,主轴电动机M1运转,然后在主回路中通过电路图上方的“用途栏”等方法找到:总电源开关QS1、交流接触器KM1主触头(KM1得电吸合)、主轴电动机M1三点,并将这三点连接,就会发现只有唯一的一天路径,路径为:QS1-FU1-KM1-M1,这条路径就是主轴电动机M1的得电路径。当主轴电动机M1缺相时,故障肯定在这条路径中。后面再结合元器件的工作原理、作用,就能分析出这条支路中各个元件的作用,就明白了“主轴电动机控制”主回路的工作原理。
2)、“主轴电动机控制”控制电路工作原理。通过操作,观察到按钮开关SB2接通,交流接触器KM1线圈得电吸合,在控制回路中通过电路图上方的“用途栏”等方法找到:控制变压器TC的1号点及0号点、按钮开关SB2、交流接触器KM1等四点,并将这四点连接,就会发现只有唯一的一条路径,路径为:1-2-3-SB2-4-KM1-0,这条路径就是交流接触器KM1线圈得电路径。当启动主轴电动机时,发现主轴电动机没有任何反应,也即交流接触器KM1未得电,故障肯定在这条路径中。
五、效果
通过几年的教学实践,在中级维修电工实训教学中采用以“操作方式”识读机床电气原理图的教学方法,能让学生正确理解每台电动机以及每个控制电器KM的得电路径,为正确圈出故障范围打下了坚实的基础,教学效果较好,得到了同行们的好评。
参考文献:
[1]马洪波.浅谈如何看懂生产机械电气控制原理图[J].科技传播,2011(03)
行动导向教学法Protel DXP教学方法教学模式《Protel DXP与计算机辅助设计》是借助于计算机完成电子线路的设计与制作,是电气自动化技术、电力工程、城市轨道交通控制等专业的必修专业课,具有很强的技术性、专业性、实践性和综合性。该课程以电路的分析、应用为基础,遵循国际和行业规范,培养学生电路原理图的绘制和PCB板设计能力,以及利用电路设计软件产生、输出技术资料的能力。课程不仅为学生学习相关理论知识和技能训练起到承前启后的作用,而且为今后从事印制电路板工作起到增强适应能力和开发创新能力的作用。
一、课程教学目标
知识目标:软件的安装与卸载;电路原理图的绘制、原理图元件的创建和原理图库的建立;PCB板的布局/布线;元件封装库的创建;设计文件的输出;PCB板的制作。
能力目标:独立完成Protel DXP 2004安装和配置;能够熟练绘制简单原理图、复杂原理图和层次原理图;能够将电路原理图转化成PCB板,合理布局并布线;能够制作元器件原理图库及PCB封装库;能够完成PCB板装配图的输出、打印;能够根据输出的装配图制作PCB板;通过学习Protel DXP 2004,提高软件应用能力及学习能力。
素质目标:培养学生爱岗敬业、爱护设备、具有高度的责任心、团结合作的职业操守;培养学生的标准意识、规范意识、成本意识、环保意识、质量意识。在教学中融入企业的6S管理及行业规范,6S就是整理、整顿、清扫、清洁、素养、安全。
二、课程设计理念与思路
课程的建设、改革遵循 “任务驱动、项目导向”的设计理念。
以自动化制造类职业岗位需求为导向,以职业能力培养为核心,以“能力递进和适度循环反复”为原理,校企共同参与课程建设,融入行业标准和规范,用三个项目8个真实工作任务为载体。将知识和技能融入各个任务中,学生通过完成任务探索吸收知识、练好技能,同时培养自主学习能力,强化团队精神,为后续课程学习和适应工作岗位奠定良好基础。
三、教学内容分析
本课程针对电子设计及安装员、印刷线路板制作工艺员岗位要求,将教学内容进行序化、整合,设置了三个项目,8个核心任务。
在项目一基本放大器PCB板的制作中设计了Protel DXP 2004软件的安装与卸载、基本放大器原理图的绘制、基本放大器PCB板的制作3个工作任务,通过设计实物激发学生学习兴趣,使掌握PCB板设计的基础知识及基本操作,培养学生对电路设计步骤及工艺流程的初步认识。
项目二中信号发生器PCB板的制作设计了数据采集电路原理图的绘制、信号发生器电路原理图绘制、信号发生器PCB板的制作3个工作任务,使学生掌握大中规模电路系统涉及的复杂电路原理图、层次电路原理图及PCB板布线的处理方法及技巧,掌握DXP库中未收录元件的原理图元件和PCB封装的制作,培养学生团队合作完成中等复杂程度电路板设计与制作的能力。
项目三以完成 “单片机开发系统的印制电路板”这个具有实用价值的产品为目标成果进行训练,使学生在完成电路板设计、装配过程中,综合应用原理图制作、PCB板制作、综合布局布线、焊接调试等完整工艺流程,以训练学生职业态度、操作规范及工艺要求为主,注重职业素养的养成。
通过完成任务,使学生掌握典型电路板绘制、设计原理与方法,并且能够拓展到其它电路板的设计与制作。课程强调基本技能、操作规范与工艺,为学生的可持续发展奠定良好的基础。
四、能力递进的三阶段教学模式
紧密依托企业,选取三个典型项目作为案例,项目按照从简单到复杂,从相对单一到综合应用的递进关系排序。教学模式注重能力递进,适度循环往复,逐渐培养学生对Protel DXP这一电路设计工具运用熟练程度,熟练电路设计流程。
项目一是简单入门级项目,学生初步掌握工艺流程,初步培养起标准意识、规范意识、质量意识。
项目二是技能训练型项目。学生通过小组合作的方式,在教师引导下,完成中等复杂程度电路板的设计与制作。对工艺方法、工艺标准的理解更加深刻,职业素养进一步养成。
项目三是综合提高实训项目。小组独立完成整个项目的分析、实施,成品的检测工作。整个过程完全以学生为主体,在学生遇到难以解决的问题时,教师给予恰当提示。
五、灵活、多样的教学方法
根据三个项目不同的教学内容及每个阶段学生认知的不同特点,采用了灵活、形式多样的教学方法。
案例教学法:例如项目一中以Protel DXP为例介绍Protel系列软件的安装与卸载方法,以基本放大器PCB板的制作为例,介绍原理图设计基本基础, PCB板设计基础等知识。
“行动导向教学法”:学生以小组的形式,分工合作,按照咨询、计划、决策、实施、检查、评价六个步骤完成任务。项目二和项目三的任务均采用行动导向教学法。
在每个项目中根据具体内容、步骤不同又融入多种教学方法,例如在任务开始采用引导文法。小组制定计划时可用头脑风暴法;检查任务完成情况时采用演示法。
六、多种教学手段
综合运用多种教学手段优化教学过程,提高教学质量和效率。
多媒体教学:将抽象的教学内容,采用图片、录像、动画等方式形象的演示。
实物教学:以真实的元器件和电路板为载体进行教学
网络教学:推荐相关网站和设计案例。
现场教学:让学生经历项目全过程,亲自操作、设计与加工制作电路板。
七、教学过程
根据教学内容的不同,三个项目采用不同的教学方法和教学过程。项目一以教师讲解、演示为主,教学环节分为引入、讲授、练习、小结、作业。项目二和项目三中的任务,学生均以小组形式,按照六步法完成任务。
资讯:教师通过视频资料、课件或引导文,进行问题引领,导入任务,下达任务书,学生查找搜集资料,学习相关知识,教师给予辅导答疑。
计划:在教师指导下,学生分组讨论,并制定计划。
决策:通过黑板或张贴版讨论方案合理性、可行性,进行决策并确定实施方案,分配好每个人的任务。
实施:在实施过程中,学生进一步掌握并学会运用相关知识解决问题。
检查:小组自检,互检、教师检查。
评价:各小组自评、互评,教师评价任务完成情况并总结任务中的知识能力要点。
通过实施行动导向教学法,在教学中重视“案例”教学,重视“解决实际问题”及“自我管理式的学习”,使学生在学习过程中,不仅掌握相应的知识和技能,而且各种行为能力亦可以得到充分提高。
参考文献:
[1]马福军.行动导向教学法在职业教育中的应用.职业技术教育,2007 ,(23).
【关键词】基准源;Altium Designer;电路设计
随着电子技术的飞速发展及印制电路板加工工艺的不断提高,印制电路板的设计和制作的要求也越来越高。Altium Designer凭借其使用方便且功能强大等特点成为电子企业广泛使用的制作印制电路板的软件之一。本文根据基准源电路的实例通过Altium Designer软件对设计电路板时的常见问题和技巧进行了总结。
1 基准源原理框图
2 项目文件的建立
2.1 原理图文件的建立
1)新建jizhunyuan.PrjPcb项目,再新建原理图jizhunyuan.SchDoc文件,文件命名中英文皆可。
2)放置元器件。放置元器件后先修改参数,主要包括修改元件编号和封装[1]。修改技巧如下。
技巧一:相同元件可以先全部放完,再批量修改参数。快捷批量修改属性可通过“Find Similar Objects…”进行修改。
技巧二:相同元件可以自动编号,编号顺序可以从上到下,也可以从左到右等,可以按照自己的习惯进行任意顺序的编号。
3)绘置库元件[2-3]。当默认的元件库中不包括所需绘制的元件时,可分以下三种情况进行绘制。
情况一:根据实物的外形和管脚的分配进行绘制。
情况二:在元件库中找相似的元件符号进行编辑。
情况三:直接替代。直接替代的话注意编辑封装时,封装的引脚顺序必须和实物完全一致,否则实际焊接时会出现错误。例如元件库中没有MAX232芯片,只有排针Header 8×2,可以用该排针直接进行替代,但是封装须编辑为MAX232芯片的实际封装。
在绘制库元件时还有些注意事项。
事项一:在绘制库文件时,要在十字架的中心处绘制元件的图形边框和放置管脚,否则将无法准确地在原理图中对绘制好的库元件进行移动。
事项二:在放置元件引脚时,带电气特征的引脚一端向外(将视图放大后,引脚两端中有四个白点的一端具有电气特性,方向必须朝外),否则当元件调入原理图中时会连不上线。
事项三:元件管脚的注释(“Display Name”)最好与实际管脚的功能一致或接近,以增强原理图的可读性。
事项四:如果库中元件有相似的元件,只需对元件的引脚进行编辑,可先放置库中已有的元件后,双击元件将“Lock Pins”选项的勾去掉以解锁引脚,编辑完后再对引脚“Lock Pins”选项进行勾选,这样能更加快捷地绘制出元件符号。
4)布局连线
布局需按照电路的功能进行合理的分区,如电源区、模拟电路区、数字电路区等,这样便于检查连线是否正确。各个分区间通过网络标号进行连接,以便于绘制、检查、修改,同时也增强了原理图的可读性和美观性。本文设计的基准源原理图如图2所示。
2.2 PCB文件的建立
1)在项目文件jizhunyuan.PriPcb中新建PCB文档。
2)在原理图编辑器下,检查每个元件的封装是否正确。有两个方面需要特别注意。
方面一:封装的尺寸必须和实物的尺寸完全一致,否则实际焊接时会出现焊接不上的现象。
方面二:元件封装的引脚序号必须与元件在原理图中的引脚序号一样,否则就会出现加载网络表后在PCB板中元件没有连接的现象。例如电阻在原理图中元件的引脚序号为1和2,而在其对应的封装中引脚序号为A和K,则必须将引脚序号更改为一致(如都为1和2)。
3)制作封装库[4]。默认封装库中没有所需的封装时,可根据以下两种情况进行制作。
情况一:精确测量实物实际尺寸进行封装的绘制。
情况二:精确测量实物实际尺寸在已有的封装库中对相似的封装进行编辑。
同时,制作封装时放置的焊盘其中心孔要比器件引线直径稍微大些,这样方便焊接。当然,焊盘也不宜太大,太大易形成虚焊。
4)将原理图jizhunyuan.SchDoc导入到PCB板中。
5)元器件布局
布局时要将电路板合理分区,通常分为电源区、模拟电路区、数字电路区、功率驱动区、用户接口区等,这样能够减小导线的长度,也能降低布线的复杂度。各个区按各自的电气特性放置元件,不可交叉放置元件,否则会出现导线的相互交叉,不容易实现良好的布线。
6)布线规则参数设置[5]。布线规则参数设置主要包括设置安全距离,线宽,布线层等。参数的设置有以下技巧。
技巧一:地线应尽量宽,且最好大面积敷铜,这能在很大程度上改善接地点问题。
技巧二:根据印制线路板中电流的大小来设计电源线的宽度。尽量加粗电源线宽度,以减少环路电阻。
技巧三:通常情况下,信号线宽度设为10mil-15mil(常取12mil),电源和地线宽度设为30mil-50mil(常取40mil)。
7)布线。布线具有若干规则。
规则一:石英晶体振荡器下要大面积覆铜,不应穿过其它信号线,这样才可以使石英晶体振荡器产生稳定的振荡。
规则二:电容引线不能太长,尤其是高频旁路电容不能有引线,以减少干扰。
规则三:地线、电源线的走向和数据传递的方向应一致,这样有助于抗噪声能力的增强。
规则四:大面积铜箔应尽量避免,否则,在长时间受热后易出现铜箔膨胀和脱落现象。必须用大面积铜箔时,最好采用栅格状,这样有利于铜箔与基板间粘合剂受热产生的挥发性气体的排出。
规则五:双层板布线时两面的导线宜相互交叉,以减小寄生耦合[6]。
8)DRC检查。布线设计完成后进行DRC检查,同时确认所制定的规则是否满足实际生产印制板的需求。
3 结论
本设计应用Altium Designer绘图软件完成了基于触摸技术的多功能基准源设计原理图绘制,以及总结了使用该软件设计印刷电路板过程中的注意事项,极大地提高了设计的效率。当然,正确把握设计规则,熟练运用技巧,才能快速地设计出所需的电路板。
【参考文献】
[1]闫胜利.Altium Designer实用宝典:原理图与PCB设计[M].北京:电子工业出版社,2007:78-80.
[2]谷树忠,刘文洲.Altium Designer教程:原理图、PCB设计与仿真[M].北京:电子工业出版社,2010:84-88.
[3]江思敏,胡烨.Altium Designer原理图与PCB设计教程[M].北京:机械工业出版社,2009:57-59.
[4]韩国栋,赵月飞,娄建安.Altium Designer Winter09电路设计入门与提高[M].北京:化学工业出版社,2010:104-110.