МИНИCTEPCTBO ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего образования

«СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Невинномысский Технологический институт (филиал)

УТВЕРЖДАЮ

И.о. директора

НТИ (филиал) СКФУ

___________ Кузьменко В.В.

«___» ____________ 201__ г.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

по дисциплине «Компьютерная и микропроцессорная техника в электроприводе»

Учебное пособие

Направление подготовки

13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника»

Профиль подготовки

Электропривод и автоматика

СОГЛАСОВАНО:		РАЗРАБОТАНО:
И.о. зав. (выпускающей) кафедрой ИСЭА __________________ Колдаев А.И. «____» _____________ 201__ г. Рассмотрено УМК «____» _____________ 201__ г. Протокол №____ Председатель УМК института _________________ Мельникова Е.Н.		Доцент кафедры ИСЭА ___________________ Карабак Ю.В. «____» _____________ 201__ г.

Невинномысск 2017

ВВЕДЕНИЕ

Специалист по автоматизации электроприводов располагает различными средствами для создания систем управления. Эти средства можно разделить на две большие группы: жесткой и программируемой логики.

Устройство жесткой логики характерно тем, что для его реализации необходимо выполнить материальные связи в виде соединительных проводников в соответствии с разработанной принципиальной схемой. Именно такое решение является традиционно принятым в большинстве выполненных электроприводов для решения как логических, так и функциональных задач. Высокое качество устройств управления с жесткой логикой способствует их широкому внедрению в промышленность.

В то же время устройства на жесткой логике имеют серьезные недостатки, затрудняющие решение сложных задач управления, особенно гибкого управления, введение новых функций, решение задач оптимизации процессов. Возникают также трудности диагностирования и ремонта. Такие недостатки отсутствуют у программируемых устройств логического управления. К ним относятся микропроцессоры и построенные на их основе микроЭВМ и программируемые контроллеры.

Слово контроллер происходит от английского слова controller, что в буквальном смысле означает управитель. В устройствах электрификации народного хозяйства традиционно принято так называть электрический многопозиционный электрический переключающий аппарат низкого напряжения, с помощью которого изменяют режим работы электрических двигателей или иных приемников электроэнергии. Назначение программируемого контроллера соответствует этому определению. В то же время имеется ряд специфических особенностей, которые нужно уяснить для полного понимания сути нового средства управления.

Рассмотрим, чем различаются микро ЭВМ и программируемый контроллер.

МикроЭВМ, как любая ЭВМ, представляет собой комплекс технических средств и программного обеспечения, способный реализовать любой алгоритм, оформленный в виде программы, хранимой в памяти, и ориентированный на реализацию процессов переработки информации во взаимодействии с пользователем. Взаимодействие с человеком-пользователем является принципиальной отличительной чертой ЭВМ. Средства взаимодействия включают в себя клавиатуру, дисплей либо печатающее устройство. Универсальная ЭВМ способна реализовать решение любой задачи, если последняя может быть представлена в требуемой форме. Что касается полного числи операций, которое должно быть выполнено для реализации алгоритма, то слово любой понимается в смысле, что пользователь может наращивать память практически безгранично за счет новых и новых дисков или лент.

Программируемый контроллер (ПК) представляет собой устройство переработки информации, предназначенное для совместной работы с некоторой технической системой. Наиболее частой функцией ПК является реализация алгоритмов управления машиной, прибором, транспортным средством, электроприводом и т. п. Такая ориентация определяет архитектуру и технические параметры ПК. На рис. 1 приведена схема управления с применением ПК. Контроллер осуществляет управление одним или несколькими процессами. Для каждого процесса в общем случае необходимо контролировать, поддерживать в заданных пределах или обеспечивать изменение по заданному закону целой группы параметров. Значение каждого параметра определяется в результате измерения. Результаты измерения по каналам связи передаются к контроллеру. Длина каналов связи может изменяться от нескольких сантиметров до нескольких сотен километров. В первом случае говорят, что контроллер встроен в машину. Каналы связи в этом случае представляют собой просто соединительные проводники. Во втором случае говорят о телеуправлении.

При подключении каналов связи к процессору контроллера возникают три самостоятельные задачи. Первая из них — электрическая изоляция выводов БИС контроллера каналами связи во избежание паразитных электрических потенциалов — помех, приводящих к сбоям в работе контроллера. С этой целью каналы связи изолируются от контроллеров с помощью оптронов. Оптрон представляет собой размещенные в одном корпусе светодиод и фототранзистор.

При поступлении электрического сигнала по каналу связи светодиод начинает светиться и переводит фототранзисторв проводящее состояние (рис. 2). Наличие оптронных средств электрической изоляции — одна из весьма важных специфических особенностей контроллеров.

Вторая задача сводится к преобразованию аналоговых сигналов в цифровую форму с помощью аналого-цифровых преобразователей (АЦП).

Третья задача — это осуществление заданной последовательности опроса точек, в которых измеряются параметры. Опрос выполняется по программе, реализуемой процессором контроллера, однако техническая реализация опроса возлагается на порты ввода-вывода или в более сложном случае на периферийные адаптеры. Большое число портов — также весьма важная особенность контроллеров.

Рис. 1. Схема цифрового управления

Рис. 2. Оптронная электрическая развязка

Контроллер по программе сравнивает измеренные значения параметров с их заданными значениями и в зависимости от результата сравнения вырабатывает управляющие сигналы. Когда это необходимо, управляющие сигналы могут быть преобразованы в аналоговую форму с помощью цифроаналогового преобразователя (ЦАП). Выводы контроллеров, на которых действуют цифровые сигналы, соединяются с каналами связи через оптронные устройства электрической изоляции.

По каналам связи управляющие сигналы поступают к исполнительным органам, воздействующим на ход процесса.

Часто возникают условия, когда целесообразным становится создание многопроцессорной распределенной системы. Например, в устройствах электропривода существуют мощные помехи, способные вызывать сбои в работе контроллеров, так что располагать его вблизи объекта нельзя. Тогда делят систему на части. Например, ЦАП, АЦП и специальный процессор, задающий -режим опроса, вместе со средствами коммутации располагают в непосредственной близости от объекта, остальное оборудование контроллера относят на расстояние и связывают со встроенной частью одним-единственным каналом связи. Создание таких сетей характерно для современной техники контроллеров.

Программное обеспечение контроллеров также специфично. В памяти контроллера в общем случае может храниться большое число программ. Но как бы ни велико было это число, оно всегда ограничено, а сами программы известны заранее, поскольку они составляются и вводятся в контроллер в процессе проектирования и отладки системы. Что же касается операционных систем и внутреннего (системного) программного обеспечения, то у контроллеров оно, как правило, или полностью отсутствует, или же представлено в минимальной степени. Поскольку все режимы работы контроллера, даже если их очень много, известны заранее, потребность во внутреннем (системном) программном обеспечении отсутствует. Практически все ресурсы контроллера могут быть направлены на выполнение его внешних функций. В этом также коренное отличие контроллеров от ЭВМ вообще и от микроЭВМ в частности.

Еще одна важная особенность программного обеспечения контроллеров состоит в том, что хранящийся в памяти комплект программ обновляется только в исключительных случаях, например, когда меняется технология или осваивается производство нового изделия. Поэтому для хранения программ используются постоянные запоминающие устройства (ПЗУ) и перепрограммируемые запоминающие устройства (ППЗУ).

Хранение программ в ПЗУ и ППЗУ существенно повышает надежность работы систем, поскольку информация, записанная в ПЗУ и ППЗУ, не искажается при отключении питания или под воздействием сильных электрических или магнитных полей.

Следует отметить, что в состав контроллера могут входить устройства обмена информацией с человеком-оператором. Чаще всего они обеспечивают сигнализацию о ходе процесса (сигнальные лампочки) или отчет (средства печати). Обмен контроллера с оператором носит не главный, а вспомогательный характер, и это характерно для контроллеров.

Весьма специфическая особенность контроллеров — необходимость работы в реальном масштабе времени. Это означает, что операции по переработке информации в контроллере должны происходить в том же темпе, в котором она поступает от процесса и в каком она должна потребляться в целях управления. Решающими факторами для обеспечения работы в реальном времени является применение в контроллере быстродействующих процессоров, a также отмеченные особенности программного обеспечения.

В соответствии с программой курса по микропроцессорному (МП) управлению электроприводом в пособии рассматриваются вопросы, которые, по мнению авторов, должны быть изучены в первую очередь.

Практика работы с МП-устройствами, их программирования должна быть рассмотрена в отдельном пособии.