Глава 1

ЗАДАЧИ МИКРОПРОЦЕССОРНОГО УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ

§ 1. Преимущества микропроцессорного управления электроприводами

Замена различных устройств с жесткой структурой на МП управление дает следующие преимущества:

МП-системы обладают свойством гибкости. Логика функционирования МП-систем почти полностью определяется программой, хранимой в памяти ЭВМ. Это дает возможность в значительной мере изменять характеристики системы без каких-либо переделок монтажа или печатных плат, а только за счет замены программы, что позволяет уже в процессе отладки вносить в систему необходимые изменения, легко модифицировать ее характеристики;

системы на основе микропроцессоров имеют меньшую стоимость. Один микропроцессор заменяет обычно 75—200 корпусов интегральных схем малой и средней степени интеграции, применение которых характерно для устройств с жесткой структурой. Как следствие, резко снижается число соединений;

существенно уменьшаются время и стоимость разработки МП-систем, что особенно проявляется при необходимости модификации характеристик;

надежность МП-систем управления выше систем с жесткой структурой за счет резкого сокращения соединений.

Перечисленные преимущества оправдывают прогноз, заключающийся в том, что в ближайшие годы 60..70% микропроцессоров будут использоваться именно в качестве замены традиционных решений на основе жесткой логики.

§ 2. Задачи микропроцессорного управления электроприводами

Электропривод входит в состав нижнего уровня автоматизации «производственных процессов, и качество его в ближайшем времени будет определять успех автоматизации технологий, в основу которых закладывается применение гибких производственных систем.

В настоящее время в практике систем управления элекроприводом в основном используются аналоговые регуляторы с фиксированными настройками, построенные в рамках структур подчиненного управления. Однако теория управления имеет в своем арсенале разработанные эффективные методы управления, которые практически не могли быть реализованы в рамках аналоговых систем.

Цифровые системы превосходят аналоговые в отношении точности, возможности ее повышения, они мало подвержены старению и влиянию изменений напряжения источника питания и окружающей температуры. Помехоустойчивость цифровых систем превосходит помехоустойчивость аналоговых систем.

В то же время по принципу обработки информации цифровые системы являются системами последовательного действия, что накладывает ограничения на скорость обработки информации. Поэтому перевод аналоговых систем в цифровые при сохранении структур и принципов управления часто приводит к ухудшению характеристик системы, в частности ее быстродействия.

Коренное улучшение систем управления электроприводом возможно только при учете указанных особенностей, а также путем использования таких разработанных теорией управления методов, как адаптивное управление, оптимизация, перестройка структур и др., которые могут быть эффективно реализованы лишь при программном управлении. Системы с жесткой структурой управления, даже если они построены на цифровых элементах, могут не дать результата либо потребуют для реализации чрезвычайно сложной схемотехники.

Можно сформулировать группу функциональных задач МП-управления системами электропривода:

генерация импульсов для управления силовыми статическими преобразователями;

реализация П-, ПИ-, ПИД-алгоритмов управления; выполнение нелинейных функций, таких, как умножение, извлечение квадратного корня и т. п.

реализация эффективных алгоритмов оптимального и адаптивного управления.

Следующая группа задач связана с логическим управлением типа релейно-контактного управления.

Традиционно такие устройства электропривода строились на базе релейно-контакторных или дискретных элементов и представляли собой аппаратно реализованный алгоритм управления электроприводом или другими исполнительными устройствами, состоящими из логической и силовой частей. Для каждого станка или машины разрабатывалась собственная система управления стой или иной степенью агрегатирования. Анализ состояния узлов и механизмов производился с помощью индикаторных лампочек на пульте управления. При этом можно было анализировать только текущий цикл работы безотносительно прошлых состояний, что затрудняло проведение профилактических мероприятий в процессе эксплуатации. Разработку логической части системы управления существенно усложняло несовершенство элементной базы. Например, большое число реле приходилось использовать только для задач размножения контактов. Неизбежными были также сложности корректировки и модификации алгоритма логического управления. Требовалось вносить или убирать связи между элементами, а зачастую использовать дополнительные элементы, не предусмотренные в схемах, что приводило к необходимости резервировать места на панелях управления или сами элементы. Все это снижало производительность оборудования и надежность. МП-управление позволяет устраните перечисленные и другие недостатки традиционных систем. В связи с этим можно сформулировать следующую группу задач МП-управления:

прием большого числа параллельно поступающих сообщений для инициирования исполнительных элементов;

хранение ряда сообщений в течение заданного времени;

обработка сообщение в соответствии с алгоритмом работы машины в реальном масштабе времени;

выдача управляющих сигналов на исполнительные элементы;

диагностирование состояния установки;

диагностирование самой системы управления;

обеспечение наладочного режима