Проектирование автоматизированнь2х станков и комплексов (830798), страница 28
Текст из файла (страница 28)
Конструктивно онисостоят из отдельных модулей в собственных корпусах, объединенных междусобой системной шиной (рис.13.3, 6).Модули исполняют функции вычислительного ядра, устройств связи собъектом и коммуникационных устройств и могут комплектоваться исходяиз потребностей заказчика. Для программирования логического контроллераразработаны специальные языки, закрепленные в международном стандартеМЭК61131-3.Эти языки предоставляют программисту достаточно широкиевозможности для разработки управляющих программ.Промышленные компьютеры еще более гибко комплектуются под объектуправления.
Их главное отличие от логических контроллеров заключается втом, что они могут работать под управлением универсальных операционныхсистем и выполнять широкий круг задач общего назначения; работать в распределенных сетях с базами данных, использоватьAutoCAD, Word, Excelи т. п. Главным отличием промышленного компьютера от обычного офисного является отсутствие материнской платы, которая у первого выполнена также, как и платы устройства связи с объектом и подключена в какую-либо си-13.1.139Функции микроэлектронных устройствстемную шину наряду с другими платами.
Однако программно и аппаратнопромышленный компьютер совместим с офисными компьютерами семействаРС и можно плату устройства связи с объектом поместить в офисный компьютер и работать с ней.Следует выделить так называемые встраиваемые промышленные компьютеры, отличающиеся от упомянутых выше типовых компактностью, повышенной надежностью, жесткими требованиями к условиям эксплуатации.На плате такого компьютера интегрированы практически все устройства,необходимые для его полноценной работы: твердотельные флеш-диски, видеоконтроллер, порты клавиатуры,Ethemet,жесткие диски, последовательные каналы и т.
д.Средства распределенного сбора данных и управления ориентированына применение их в системах управления станочными комплексами, занимающими большие площади. Состоят они из согласованных между собойблоков ввода-вывода, устройств аналоговой обработки информации и нормализации сигналов датчиков, а также программируемых логических контроллеров, способных выполнять функции локальных и узловых контроллеров. Все эти устройства имеют единую сеть, единые средства программирования.Сеть, положенная в основу системы управления, может иметь различнуюорганизацию и архитектуру.
В радиальных сетях по линии связи могут «общаться» только два контроллераKlи К2 (рис.13.4, а), причем либо последовательно, посьшая сообщение, затем ответ (полудуплексный режим), либоодновременно в обоих направлениях (дуплексный режим). Отдельный циклобмена (запрос-ответ, транзакция) может инициироваться либо одним изконтроллеров (централизованное управление ведущий-ведомый), либокаждым контроллером (децентрализованное управление доступом).К2KiK(n - 1)K(i + 1)аКl.
3 . 1вKl .3.2Kl .3.3бРис.13.4.G~ GгСтруктурные схемы информационно-управляющих сетей системы управления:а-радиальной; б -радиально-кустовой; в -кольцевой ; г -магистральной14013.Микроэлектронные устройства в станках и станочных комплексахВ радиально-кустовых сетях (рис.13.4,б) сообщение между контроллерами передается через ряд узлов, благодаря чему в отличие от радиальныхсетей появляется возможность связи различных контроллеров. В таких сетяхтакже возможен дуплексный режим связи и централизованное либо децентрализованное управление.В кольцевых сетях (рис.13.4, в)все контроллеры замкнуты в кольцо и сообщение последовательно проходит по сети от одного к другому.
Здесь такжевозможен дуплексный режим связи и централизованное или децентрализованное управление.В магистральных сетях все контроллеры подсоединены к одной линии связи (рис.13.4, г).В этих сетях, как правило, дуплексный режим невозможен, ноуправление может быть как централизованным, так и децентрализованным (сети с произвольным доступом).Каждый способ организации сети обладает своими преимуществами и недостатками.Наличиемногихрешенийсвидетельствуетоботсутствиинаилучшего для различных условий применения.
Радиальные сети наиболеепросты. Практически каждый контроллер обладает хотя бы одним портомпоследовательного канала. Но такие сети не дают возможности выбора абонентов. Радиально-кустовые сети обеспечивают возможность выбора, но требуют наличия в контроллерах нескольких портов последовательных каналовлибо применения специальных маршрутизаторов. Кольцевые сети часто применяютвсистемах,объединяющихбольшоеколичествоодинаковыхустройств, но выход из строя одного из контроллеров, если не приняты специальные меры, ведет к разрыву сети.
Магистральные сети гибки с точкизрения выбора абонента, способны «на лету» проводить подключение и отключение абонентов, но протоколы работы таких сетей сложнее. Реальныеуправляющие сети представляют собой комбинации описанных здесь способов соединения и организации обмена.13.2. ЭЛЕКТРОННЫЕ КОМПОНЕНТЫСИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ13.2.1. Дискретные электронные компоненты системавтоматического управленияЗнание работы основных электронных компонентов систем автоматического управления (САУ)позволяет усвоить правила построения системуправления и энергообеспечения. Дискретные электронные компоненты применяют в основном на периферии, в линиях связи с объектом управления, вустройствах формирования требуемых энергетических потоков (электронныхключах) и как вспомогательные элементы для подключения различных интегральных схем.В САУ биполярные транзисторы как отдельные компоненты используют восновном в ключах.
В них транзистор практически не работает в режиме уси-13.2.141Электронные компоненты систем автоматического управленияления базового тока (основной режим), а бывает илиполностью закрыт, или полностью открыт, т. е. находится в состоянии насыщения. На рис.13.5показанVD\типовой ключ на биполярном транзисторе, включающий некоторую нагрузку, сопротивление которой Rнносит индуктивный характер, например катушку электромагнитного клапана. ДиодVTIVD2шунтирует ЭДСVD 1самоиндукции, возникающую на индуктивной нагрузке в момент открьпия ключа.
При этом ток черезнагрузку возрастает; ее индуктивность вырабатываетРис.ЭДС, стремящуюся ток уменьшить, а напряжение наколлекторе Ик превосходит даже напряжение питаниянагрузки Ин. Диодряды, диодVD2VDl13.5.биполярномКлючнатранзис-тореотводит индуцированные заработает аналогичным образом призакрытиитранзистораVТl.Вычислительное ядро формирует ток базы / 6 ключа. Фронт сигнала в типовых случаях длится менее микросекунды. Транзистор переходит в активный режим, его коллекторный ток Iк растет пропорционально току базы/ 6•Падение напряжения на нагрузке возрастает пропорционально току коллектора, и напряжение на коллекторе падает.
На транзисторе в момент переключения происходит рассеяние мощности, т. е. динамические потери. Далеенаступает момент, когда напряжение на коллекторе Ик становится меньшенапряжения на базе И6 • Это и есть состояние насыщения. Увеличение базового тока уже перестает увеличивать коллекторный ток. Напряжение на коллекторе составляет доли вольта.Статический КПД ключа равен отношению мощности, выделяемой внагрузке, к суммарной мощности, выделяемой в ключе и нагрузке:Т'Jклfк(Ин -Ик)=-------'--fкИк +fк(Ин -Ик)fк(Ин -Ик)Ин -ИкfкИнИн= 24При напряжении на нагрузке Ин(13.1)В КПД ключа на биполярном транзисторе в состоянии насыщения составляет более96 %.При увеличениинапряжения питания нагрузки КПД еще более возрастает. У ключа на биполярном транзисторе три основных недостатка: большие токи базы, заметныединамические потери при переключениях и неустойчивое тепловое равновесие.Коэффициент усиления по токуh21существенно зависит от тока коллектора и у силовых транзисторов в состоянии насыщения или близком к немусоставляет уже5 ...
20.Для повышения коэффициента усиления по току бьшразработан составной транзистор Дарлингтона, который имеет два биполярных(рис.транзистора,13.6).включенныхпосхемеэмиттерногоповторителяНа принципиальных схемах его изображают как обычный бипо-лярный транзистор.14213.Микроэлектронные устройства в станках и станочных комплексахКоэффициент усиления по току для такой схемы раквен произведению коэффициентов усиления отдельныхтранзисторовБ10 ООО,исоставитвактивнома в режиме насыщения-режимеболее100.околоДля обеспечения линейности схемы в режиме малых токов базовый ток, открывающий второй транзистор, поступаетчерез сопротивлениеэРис.транзисторавстроенного в схему резистора,минуя первый транзистор.
У типового составного транСхема13.6.R6зистора, рассчитанного на предельный ток вДар-1О А, базовый ток в режиме насыщения не превышает 20 мА.лингтонаДля ключа, включающего или отключающего какой-либопривод,динамическиепотеринесущественны.Они становятся заметными при переключениях на частотах в несколько десятков килогерц. Для уменьшения этих потерь следует применять более высокочастотные полевые транзисторы, работающие на носителях заряда одного типа, поскольку у них отсутствуют потери времени на рекомбинацию носителей.Неустойчивость теплового равновесия открьпого биполярного транзистораобусловлена повьппенной плотностью тока в разогретых участках р-п-перехода.Это приводит к локальному разогреву перехода и может вывести транзистор изстроя.
Поэтому в структуру биполярного транзистора включают резистивныеучастки с положительным температурным коэффициентом сопротивления иприменяют радиаторы для охлаждения транзистора. Последовательно с нагрузкой рекомендуется также включать низкоомный резистор с сопротивлениемоколо0,3Ом и высоким положительным температурным коэффициентом сопротивления.ПолевыеМОЛ-транзисторы(металл-оксид-полупроводник)такжешироко применяют в САУ в качестве ключей. МОП-транзистор ведет себя какуправляемое потенциалом переменное сопротивление. У маломощных элементов, используемых в САУ в качестве коммутаторованалоговыхсигналов,сопротивление+ Ив.яканала во включенном (открытом) состояниисоставляет Rвкл ~100Ом. При выборе коммуVD Iтатора нужно оценивать, допустимы ли такиепотери или для коммутации целесообразнееиспользовать реле. Важно отметить, что температурный коэффициент сопротивления канала положительный, поэтому тепловое равновесие внутри прибора устойчивое.Схема ключа на МОП-транзисторе представлена на рис.13.7.Здесь вычислительноеядро с напряжением +Ив.я гальванически несвязано с объектом управления.
Если наРис.13.7. Схема типового ключана МОП-транзисторе13.2.Электронные компоненты систем автоматического управлениявходе ключа Х присутствует логическая«1», ток через143светодиод транзисторной оптопары не идет и база фототранзистора не освещена.
Резисторограничивает темновой ток фототранзистора, поэтому на затвореVTlR2уровень напряжения близок к нулю и транзистор закрыт. Подобную гальваническую развязку применяют и для ключей на биполярных транзисторах.У ключа на МОП-транзисторе сопротивление в открытом состоянии может составлять доли ома, а статический КПД2'11кл=fcRн2Rн2fc Rн + fc RвклRн+ Rвкл(13.2),где Iс - ток стока МОП-транзистора.Значение 11кл здесь стремится к единице при высокоомных нагрузках, биполярные же ключи при прочих равных условиях выгоднее при высоковольтных нагрузках.
Поскольку напряжение питания мощных нагрузок обычноболее100В, статический КПД ключа на дешевом биполярном транзисторесоставляет0,99и более. Однако, как уже отмечалось выше, такие ключиимеют неустойчивое тепловое равновесие.В конце 80-х годов прошлого века были созданы биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGВТ-транзисторы), совместившие в себепростоту управления и устойчивое тепловое равновесие полевого транзистора с независимым от тока нагрузки падением напряжения на выходе биполярного.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
