Контроллер шагового привода
Опишем поочередно структурную схему управления шаговыми электроприводами в соответствии с чертежом ДП.220301.А-409.25.13.01.Э1.
Шаговый электропривод состоящий из электронного коммутатора (распределителя импульсов), усилителя мощности и шагового двигателя, выполняется без обратной связи по положению и управляется импульсами с генератора.
Формирователь импульсов преобразует входные сигналы импульсов произвольной формы в прямоугольные импульсы требуемой длительности. Параметры сформированных импульсов определяются схемой распределителя импульсов. Он преобразует унитарный код в т-фазную систему прямоугольных импульсов напряжения, которая, через усилитель мощности подается на обмотки шагового двигателя. Ключевые элементы УМ работают в режиме переключения. РН – регулятор напряжения, управляемый через вычислительное устройство входными сигналами Vbx, формирует требуемые напряжения на фазных обмотках шагового двигателя в соответствии с определенным законом изменения напряжения на обмотках ГИД.
Распределитель импульсов предназначен для формирования управляющих импульсов на соответствующие ключи усилителя мощности и обеспечивает поочередную коммутацию обмоток при непрерывной последовательности импульсов с генератора. Коммутатор осуществляет четырехтактную парную коммутацию.
Функции вычислителя выполняет микроконтроллер МК 80С51ВН из семейства MSC-51. Преимущества этого МК для нашей системы состоят в том, что он имеет четыре восьмиразрядных порта ввода-вывода информации Р0, Р1, Р2, Р3, благодаря которым осуществляется обмен данными в ОЭВМ. Этот МК обладает рядом существенных преимуществ: включает внутренние память программ (4 Кбайт) и ОЗУ данных (128 байт); имеет четыре универсальных программируемых параллельных 8-разрядных порта ввода-вывода с возможностью реализации альтернативных функций; обладает двумя 16-разрядными программируемыми счетчиками-таймерами. Этот набор аппаратных средств и совокупность реализуемых функций делают микроконтроллеры семейства 8051 эффективным средством сбора, переработки информации и управления объектами. Структурная схема представлена на чертеже ДП.220301.А-409.25.13.02.Э1.
МК производит арифметические, логические операции, а также обмен информацией с машиной верхнего уровня. Режим обмена с машиной верхнего уровня осуществляется через интерфейс RS-485.
Контроллер шагового привода (КШП) содержит силовые ключи, обеспечивающие коммутацию токов в обмотках ШД. Имеет схему защиты от перегрева корпуса микросхемы, защиту от короткого замыкания в обмотках. КШП связан с ПЭВМ через последовательный порт RS-485 (MAX485). Контроллер обрабатывает сигналы с датчиков положения исполнительных механизмов управляемых шаговыми двигателями, формирует сигналы готовности и аварийного состояния и обеспечивающих угловое и вращательное перемещение деталей форм комплекта. По сути, на базе микропроцессора реализовано полное управление как коммутацией силовыми ключами, так и решение задачи программного управления. Это и формирование сигнала готовности, и выход на позицию с которой начинается выполнение программного движения, и обеспечение передачи информации по каналам связи и многое другое. Схема устройства представлена на рисунке 8. Она включает в себя микропроцессор 80С8252, модуль памяти с сохранением информации и набор аппаратных драйверов, для управления обмотками шагового двигателя.
Рисунок 8. Функциональная схема контроллера управления шаговым приводом