12_glava (Лекции)

348

12.Цифровой следящий электропривод с прямым микропроцессорным управлением

12.1 Конструкция цифрового электропривода.

Конструктивно рабочий макет системы микропроцессорного управления цифровым электроприводом постоянного тока (ЦППТ) выполнен в виде научно-исследовательского стенда . Эскиз стенда "Цифровой электропривод" представлен на рис.12.1. Основу конструкции стенда составляет стандартный лабораторный стол 1. Вертикально на столе монтируется панель с гнездами для измерений необходимых параметров различных блоков системы управления электроприводом. На этой панели закрепляется фальш-панель 2 с выполненной на ней мнемонической блок-схемой привода ЦППТ, вид которой представлен на рис.12.2, совместно с управляющей микро-ЭВМ. Здесь же, в соответствующих местах выведена индикация угла поворота и частоты вращения вала привода посредством светодиодов и семисегментных элементов.

Электродвигатель постоянного тока 3 с нагрузочным устройство 4 и импульсным датчиком 5 укреплены на. специальном вертикальном (для экономии места) каркасе-стойке, установленной на полу справа от лабораторного стола 1.

Микропроцессорный комплекс 6, или микро-ЭВМ с блоком программатора 7 и источником питания нагрузочного устройства 8 расположены на крышке приборной тумбы 9, которая установлена слева от стойки с двигателем.

В тумбе 9 установлен крейт 10 с электронными блоками системы управления. В крейте расположена также необходимая функциональная коммутационная аппаратура. Такое расположение и конструктивное исполнение блока 10 дает возможность свободного доступа к печатным платам электронных блоков в случаях их изучения или ремонта.

Предложенное расположение оборудования, соответствующее функциональной блок-схеме (рис.12.2) системы ЦППТ, обеспечивает эффективную и безопасную работу за стендом.

Рис. 12.1. Стенд «Цифровой электропривод»

 12.2 Функциональная структура цифрового электропривода.

Электропривод с электродвигателем постоянного тока представляет собой двухконтурную цифровую следящую систему автоматического регулирования. Контуры отрицательной обратной связи замыкаются через микро-ЭВМ с помощью импульсного датчика, с которого можно получить информацию о частоте вращения и угле поворота вала электродвигателя.

Функциональная схема ЦППТ изображена на рис. 12.2 и состоит из микро-ЭВМ, программатора, интерфейса, преобразователя код-фаза, распределителя импульсов, блока тиристоров, электродвигателя постоянного тока, тахогенератора, импульсного датчика, блока угол-код с цифровой индикацией об угле поворота и о частоте вращения вала электродвигателя. Для исследования и измерения механических характеристик в стенде предусмотрено нагрузочное устройство.

Рис.12.2

У крупненный алгоритм функционирования ЦППТ можно представить следующим образом. ЦППТ с электродвигателем постоянного тока выполнен по принципу неавтономной цифровой автоматизированной системы управления, в которой сравнение задающего и отрабатываемого кодов происходит непосредственно в самой микро-ЭВМ.

Управляющий сигнал из микро-ЭВМ выдается на преобразователь код-фаза и обрабатывается в распределителе импульсов. Далее через тиристорный преобразователь подается на исполнительный электродвигатель постоянного тока. Ошибка рассогласования между задающим устройством и обратной связью отрабатывается в цифровом корректирующем устройстве микро-ЭВМ.

Описание работы отдельных блоков ЦППТ.

Микро-ЭВМ

Упрощенная блок-схема микро-ЭВМ ДВК-3 представлена на рис.12.3.

 Рис.12. 3. Блок-схема микро-ЭВМ.

  Микро-ЭВМ имеет модульный принцип построения, т.е. все функциональные блоки выполнены в виде конструктивно законченных устройств (модулей), связь между которыми осуществляется через единый канал обмена информацией. Таким образом, микро-ЭВМ представляет собой систему модулей, объединенных каналом.

Канал обмена типа "ОБЩАЯ ШИНА" является простой, быстродействующей системой связей, соединяющей центральный процессор, память и все внешние устройства. Все модули, подключенные к каналу микро-ЭВМ, используют одни и те же канальные связи.

Связь через канал замкнута, т.е. на управляющий сигнал, подаваемый активным устройством, должен поступить сигнал от пассивного устройства.

Основным элементом микро-ЭВМ является центральный процессор, который управляет распределением времени использования канала внешними устройствами и выполняет все необходимые арифметико-логические операции для обработки информации. Он содержит 8 быстродействующих регистров общего назначения (РОН) , которые широко используются при выполнении различных операций. Центральный процессор выполняет одноадресные, двухадресные команды, команды расширенной арифметики, может обрабатывать как шестнадцатиразрядные, так и 8-разрядные слова. Возможность

использования восьми методов адресации позволяет вести высокоэффективную обработку данных, хранимых в любой ячейке памяти или в регистре. Центральный процессор выполнен на базе микропроцессора КМ1801 ВМ2, который изображен на рис. 12.4.

Рис.12. 4. Схема микропроцессора КМ 1801 ВМ2.

КМ1801 ВМ2 – однокристальный 16-разрядный микропроцессор, состоящий из операционного блока, блока микропрограммного управления, блока прерываний, интерфейсного блока, блока системной магистрали и схемы тактирования.

Операционный блок выполняет операции формирования адресов команд и операндов, логические и арифметические, хранения операндов и результатов.

Блок микропрограммного, управления, вырабатывает последовательность микрокоманд на основе кода принятой команды В нем закодирован полный набор микрокоманд для всех типов команд.

Блок прерываний организует приоритетную систему прерываний. Выполняет прием и предварительную обработку внешних и внутренних запросов на прерывание вычислительного процесса.

Интерфейсный блок, выполняет обмен информацией между устройствами, расположенными на системной магистрали. Осуществляет арбитраж при операциях прямого доступа к памяти. В интерфейсном

блоке формируется последовательность управляющих сигналов системной магистрали.

Блок системной магистрали связывает внутреннюю магистраль с внешней. В нем производится управление усилителями приема и выдачи информации на совмещенные выводы адресов и данных.

Схема тактирования обеспечивает синхронизацию внутренних блоков.

Сигналы ДА0-ДА15 определяют адреса и данные, которые передаются по совмещенной системной магистрали.

Группы сигналов РП, СИ, ДИ, ДО, ВТ управляют передачей информации по системной магистрали. Сигнал СИ, вырабатываемый процессором, означает, что адрес находится на выводах системной магистрали. Этот сигнал сохраняет активный уровень до окончания текущего обмена информацией.

Сигнал РП означает, что данные приняты или установлены на информационных выводах. Этот сигнал вырабатывается пассивным устройством в ответ на сигналы ДИ и ДО.

Сигнал ДИ предназначен для организации двух процедур обмена информацией по магистрали:

ввода данных - микропроцессор вырабатывает ДИ во время действия сигнала СИ, когда он готов принять данные от пассивного устройства;

ввода адреса вектора прерывания.

Сигнал ВИ вырабатывается внешним устройством, сигнал АН вырабатывает ответ на внешний сигнал ВИ.

Сигнал ДМ вырабатывает внешнее активное устройство, требующее передачи ему системной магистрали.

Модуль ЦП содержит 16-разрядные регистры общего назначения – РОН, способные выполнять различные функции. Они могут служить в качестве накопительных регистров, индексных регистров, регистров автоинкрементной адресации, так называемых указателей стека, и для других целей. Регистры общего назначения используются для выборки операндов и записи результатов при выполнении арифметико-логических операций аналогично ячейкам памяти и регистра внешних устройств. Два регистра р6 и р7 имеют, кроме того, специальное назначение. Регистр р6 используется как указатель стека (УС) и содержит адрес последней заполненной ячейки стека. Регистр р7 служит счетчиком команд (СК) и содержит адрес очередной выполняемой команды. Обычно он используется только для целей адресации и не используется как накопительный регистр. Операции по выполнению команд с регистровым методом адресации являются внутренними по отношению к ЦП.

Блок интерфейса.

Система управления ЦППТ реализована на базе микро-ЭВМ ДВК-3 и представляет двухконтурную следящую систему автоматического регулирования. Контуры отрицательной обратной связи по угловой скорости вращения и углу поворота замыкаются с помощью фотоэлектрического импульсного измерительного преобразователя через микро-ЭВМ.

Все внешние устройства подключаются к микро-ЭВМ через интерфейс и канал типа "ОБЩАЯ ШИНА".

Интерфейс выполняет первичное дешифрирование адресов и формирует ответные служебные сигналы.

Интерфейс имеет канал выдачи данных (передача информации от микро-ЭВМ во внешние устройства) и каналы приема данных от внешних устройств. По командам "ВВОД" и "ВЫВОД" к шинам канала микро-ЭВМ подключается тот или иной канал интерфейса через шинные коммутаторы.

Цикл расчета кода управления начинается по сигналу таймера, который передается по линии ПРТ через интерфейс в канал микро-ЭВМ с частотой 150 Гц, где также имеется специальная линия для этого сигнала.

Сигнал таймера прерывает решение фоновой задачи микро-ЭВМ и процессор приступает к выполнению цикла обмена информацией с внешним устройством и расчету кода управления.

Ввод информации в микро-ЭВМ от внешних устройств выполняется по инициативе микро-ЭВМ согласно алгоритму работы канала.

Из микро-ЭВМ через шинные коммутаторы код передается на вход регистров и дешифратора.

Через 250 нс после появления кода адреса на кодовых шинах по служебной линии "СИА" передается сигнал, который инвертируется и задерживается. Код на шинных коммутаторах во время действия "СИА" держится без изменения.

Через 100 нс после выдачи сигнала "СИА" микро-ЭВМ снимает код адреса с кодовых шин канала и выдает сигнал по линии "ВВОД". Сигнал "ВВОД" разрешает работу дешифратора. Если код адреса 160770 или 160772, то выдается разрешение поступления кода с шинных коммутаторов в регистры.

Вывод информации из микро-ЭВМ во внешние устройства выполняется, по существу, по тому же циклу, что и ввод, т.е. вначале на кодовые каналы подается код адреса, далее выдается сигнал "СИА", через 100 нс, минимум после выдачи "СИА", код адреса снимается и на шины канала подается код информации, после чего выдается сигнал "ВЫВОД" по линии "ВЫВОД".

Формирование адреса и сигнала "СИА" выполняется, как и при вводе и по тем же цепям. Код выдаваемой информации держится на выходах канала типа "ОШ" Опр00-Опр15. Передаваемая информация заполняется в том блоке, адрес которого был выдан в начале цикла.

С получением сигнала "СИА", сигнализирующего о том, что выдаваемая информация принята, микро-ЭВМ снимает сигнал "ВЫВОД" и "СИА", заканчивая цикл.

Блок код-фаза.

Блок код-фаза преобразует параллельный двоичный код на выводе микро-ЭВМ в управляющие сигналы, фазовый сдвиг которых прямо пропорционален двоичному коду. Максимальная длительность импульсов сигналов в блоке код-фаза равна 120 электрических градусов.

Блок распределителя импульсов.

В распределителе импульсов осуществляется синхронизация работы микро-ЭВМ с промышленной электросетью, питающей тиристорный преобразователь. Из распределителя импульсы поступают на тиристоры выпрямительной и инверторной групп. Так как в каждой из групп содержится по три тиристора, то возникает задача распределения импульсов и формирования необходимой формы и длительности импульсов, которые после усиления поступают на управляющие электроды тиристоров. Тиристорный преобразователь выполнен по схеме раздельного управления.

Распределение импульсов по тиристорам осуществляется с помощью схем совпадения, на один из входов которых подается сигнал разрешения в пределах зоны, равной 120 градусов для каждого из тиристоров, а на другой вход идут импульсы от схемы сравнения для соответствующей группы тиристоров.