Поиск

Полнотекстовый поиск:
Где искать:
везде
только в названии
только в тексте
Выводить:
описание
слова в тексте
только заголовок

Рекомендуем ознакомиться

'Урок'
Педагогический анализ урока физической культуры заключается в детальном рассмотрении и оценке всех составных частей и компонентов урока, включая мето...полностью>>
'Документ'
25 апреля 2003 года ветераны и выпускники разных лет отметили 50 лет одному из лучших ВВУЗ-ов страны, Киевскому высшему инженерному радиотехническому...полностью>>
'Документ'
Т.Н.Терехова, заведующая кафедрой стоматологии детского возраста Учреждения образования «Белорусский государственный медицинский университет», доктор...полностью>>
'Диссертация'
Защита состоится «26» декабря 2009 года в 14.00 часов на заседании Диссертационного совета Д 502.005.02 при Федеральном государственном образовательн...полностью>>

Главная > Документ

Сохрани ссылку в одной из сетей:

ВВЕДЕНИЕ

Современный промышленный комплекс представляет из себя производство с конвейерным выпуском продукции. Следовательно, актуален вопрос о глобальном автоматизировании всего комплекса. В прежние времена автоматизация выполнялась в основном с помощью релейно-контакторных схем и соответственно большое количество отдельных элементов в системе и монтажных соединений не благоприятствовали надежности и производительности всего комплекса в целом. Также для управления применялись в основном двигатели независимого возбуждения постоянного тока, в силу хороших регулировочных свойств, хорошие механические характеристики. Но в силу наличия износа коллектора и сложности исполнения появление микропроцессорных систем, способных делать сложный математический расчет разнообразных методов управления (частотное управление, векторное и т.д.) стали применять на равнее с ДНВ более простые и соответственно дешевые асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. Механические характеристики стали также удовлетворять требованиям, предъявляемым к современному автоматизированному промышленному комплексу.

Многими известными фирмами (такие как Siemens) представляют разнообразные серии с широким выбором серийно выпускаемых преобразователей частоты со встроенными законами управления приводом и установленной мощностью.

СОВРЕМЕННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Рассмотрим подобную полную функциональную схему асинхронного электропривода, используемую в закрытом исполнении.

Асинхронный электропривод включает следующие функциональные блоки.

Силовая часть.

Включает в себя входной фильтр, выпрямитель, звено постоянного тока с клампером для сброса энергии, получаемой от двигателя при его работе в генераторных режимах, инвертор, а также датчики тока выходных токов инвертора и напряжения звена постоянного тока.

Управляющий контроллер.

В его задачи входит получение задания на обработку скорости/момента, расчет алгоритма векторного управления АД, расчет векторной ШИМ, выдача импульсов управления ключами инвертора, а также управление ключом клампера, опрос сигналов обратных связей по току и скорости, реализация всех защитных функций, а также общее управление всей схемой.

Схемы согласования сигналов между управляющей и силовой частью.

Кроме согласования уровней сигналов они должны обеспечивать гальваническую развязку силовых и управляющих цепей, что придаёт более высокую помехозащищенность системе управления, а также предотвращает выход из строя системы управления при аварийных ситуациях в силовой части.

Датчик сети.

Основное назначение данного блока – слежение за питающей сетью с целью заблаговременного выявления потенциально опасных режимов работы питающей сети, приводящих к аварии силовой части электропривода. К таким режимам, в частности, относятся превышение напряжения сети допустимого уровня, перекос фаз, пропадание одной из фаз, кратковременное пропадание напряжения, и др.

Интерфейс пользователя

К пользовательскому интерфейсу относятся: сигналы дискретного и аналогового ввода/вывода, пульт управления, обеспечивающий ввод параметров в систему, вывод информации о состоянии системы, значениях переменных, а также сигнализацию об ошибках, сбоях либо аварийных ситуациях в системе.

Источник питания.

К источнику питания асинхронного электропривода предъявляют высокие требования в части устойчивости работы при нарушении режимов питающей сети. С целью обеспечения указанного условия, целесообразно выполнять источник питания импульсного типа с питанием от звена постоянного тока. Тогда, в случае пропадания напряжения сети, благодаря запасённой энергии на ёмкости фильтра силового выпрямителя, системе управления будет достаточно времени для определения пропадания напряжения сети и вывода системы в безопасный режим с выключением силовых ключей инвертора или аварийного торможения.

УПРАВЛЯЮЩИЙ КОНТРОЛЛЕР НА ОСНОВЕ DSP ПРОЦЕССОРА

Рассматривая устройство управления асинхронным двигателем, можно подразделить ее на две основные составляющие : силовую часть, которая преобразует напряжение питающей сети в напряжение питания статора АД, формируемые алгоритмом управления, и управляющую часть, как правило это цифровой контроллер, который непосредственно выполняет расчет алгоритма управления двигателем в реальном масштабе времени.

На управляющей части остановимся поподробнее, на примере контроллера на основе цифрового сигнального процессора TMS320LF2406A.

Структура контроллера содержит следующие функциональные блоки.

Ядро контроллера, построенное на основе DSP TMS320LF2406A. Основные характеристики контроллера:

- 16 разрядный процессор с 32 разрядным аккумулятором;

- тактовая частота – 40 МГц;

- выполнение операций типа Y=AB+C за один такт;

- выполнение деления – 16 тактов.

Память.

- 32 kWord внутренней флеш-памяти;

- 2.5 kWord внутренней оперативной памяти.

Аналоговые входы.

- общее количество – 8 входов, 10 разрядный АЦП, время преобразования 1 мкс;

- два аналоговых входа с диапазоном 0..10 В;

- два аналоговых входа с диапазоном 4..20 мА;

- 4 аналоговых входа для подключения датчиков;

- 4 резервных аналоговых входа с диапазоном 0..3.3 В.

Аналоговые входы датчиков тока/напряжения дополнительно проходят через фильтры второго порядка с частотой среза 2.5 кГц.

Для управления преобразователем служат два порта.

- управление непосредственно инвертором ( 6 ШИМ импульсов и сигнал защиты преобразователя ), сигнал управления клампером ;

- порт сервисных входов/выходов служит для управления модулями на силовой плате такими, как зарядное реле, реле вентилятора системы охлаждения, сброс защиты драйвера и др. Также сюда выведен один ШИМ канал для управления клампером или ключом корректора мощности.

Вход датчика скорости.

Служит для приема трех стандартных последовательностей с фотоимпульсного датчика скорости.

SPI мультиплексор расширяет SPI порт процессора на три устройства:

- SPI Flash для хранения настроечных параметров системы;

- порт подключения пульта управления;

- порт подключения платы расширения дискретного ввода/вывода;

- порт подключения часов реального времени.

Коммуникационные интерфейсы:

- гальванически развязанный интерфейс RS-485, работающий в полудуплексном режиме;

- гальванически развязанный CAN интерфейс стандарта 2.0b;

- сигналы RX и TX последовательного порта процессора для опционального подключения других интерфейсов (RS-485, RS-422, IrDA и др.).

Дискретные входы/выходы пользователя.

На плате контроллера сформировано 6 гальванически развязанных дискретных входов и 2 гальванически развязанных выхода.

С помощью ШИМ выхода T4PWM и фильтра второго порядка, на плате контроллера реализован аналоговый выход в диапазоне 0..10 В.

Служебные модули и питание.

К служебным модулям, установленным на плате контроллера, относятся кварцевый резонатор, PLL фильтр, супервайзер питания и стабилизатор, преобразующий уровни напряжения +5 В в +3.3 В. Контроллер питается тремя напряжениями +5 В – ядро контроллера, + 5 В – внешняя сторона гальванической развязки, +10 В – для формирования аналогового выхода.

Как было отмечено раньше цифровой контроллер непосредственно выполняет расчет алгоритма управления двигателем в реальном масштабе времени с целью повышения надежности, простоты проектирования систем на основе DSP( цифровых сигнальных процессорах ), в ходе их развития была выполнена интеграция на кристалл процессора таких модулей как АЦП, модули формирования трёхфазной ШИМ, как скалярной, так и векторной, схемы защит силовых преобразователей и т. д.

Основным отличием цифровых сигнальных процессоров от микропроцессоров общего назначения является выполнение инструкции типа Y=AB+C (умножения с накоплением) за один такт. Как известно, большинство алгоритмов управления электроприводом состоит из инструкций такого типа. В тоже время микропроцессору общего назначения для выполнения команды умножения требуется несколько десятков, а то и сотен тактов.

На данный момент разработано много серий специализированных однокристальных микропроцессоров и микроконтроллеров, специально предназначенные для встраивания в оборудование и отвечающие жестким условиям промышленной эксплуатации.

Они способны решать самые разнообразные задачи от прямого цифрового управления силовыми ключами в режиме широтно-импульсной модуляции до автоматической идентификации положения и скорости по сигналам датчиков, установленных на вал двигателя.

Вместо традиционного термина “электромеханика” постепенно начинают применять термин “мехатроника”, означающий единство механики и электроники на принципиально новом уровне, когда рост управляющих вычислительных ресурсов при использовании больших интегральных схем (БИС) сопровождается значительным повышением надежности оборудования, главным образом, за счет резкого уменьшения монтажных соединений и расширением функциональных возможностей изделия в сторону автоматической адаптации к условиям эксплуатации и интерактивного обучения в процессе диалога с оператором.

Встраиваемое управляющее устройство является микропроцессорной системой управления, в состав которой кроме центрального процессора на базе однокристального микропроцессора и микроконтроллера входят необходимые дополнительные элементы памяти и периферийные интерфейсные БИС для организации сопряжения с датчиками, объектом управления и системой управления более высокого уровня.

С точки зрения производителей микропроцессорной техники все задачи, решаемые системами встроенного управления делятся на два больших класса: управление событиями в реальном времени и управление потоками данных. Каждый класс задач предъявляет свои специфические требования к микропроцессору или микроконтроллеру, что отражается прежде всего в наборе функций, реализуемых на кристалле, а также в системе команд.

К первому классу относятся задачи, требующие быстрой реакции микропроцессорной системы на изменение внешних условий (на срабатывание технологических датчиков, изменение параметров и т.д.). Как правило, системы управления приводами, энергетическими установками, роботами, а также системы распределенной автоматизации относятся к системам первого класса. Эти задачи требуют применения микроконтроллеров с большим объемом интегрированной на кристалл периферии, включая реализацию на кристалле памяти программ, памяти данных и устройств ввода-вывода, что сокращает аппаратные затраты и удешевляет изделие со встроенной системой управления. Чаще всего в системах управления этого класса для реализации алгоритма управления требуется память относительно небольшого объема (до 32 Кбайт).

В завершение хочу заметить, что успех этих серий связан прежде всего с исключительно удачной архитектурой, мощной системой команд, позволяющей решать сложные задачи управления в реальном времени, с модульным подходом к проектированию микроконтроллеров, когда пользователь может выбрать микроконтроллер с заданным набором интегрированных на кристалл периферийных устройств, упростив внешнюю периферию, тем самым повысив надежность и удешевив систему управления в общем.



Скачать документ

Похожие документы:

  1. Из истории французской киномысли: Немое кино 1911-1933 гг

    Интервью
    В сборник включены статьи и фрагменты теоретических работ, принадлежащие перу видных французских кинематографистов 1920-х гг. Среди них - труды Л. Деллюка, Ж.
  2. Промышленная безопасность

    Документ
    1. Источники информации. * 30 3. . Данные о расследовании обстоятельств аварий 3S Глава 4. Природа опасностей и риска 39 4.
  3. Промышленность кузбасса обзор новостей за февраль 2011 года

    Документ
    Объем добычи полезных ископаемых увеличился на 1,9%, производство и распределение электроэнергии, газа и воды - на 5,3%, в обрабатывающей промышленности прирост производства составил 11,8%.
  4. Концепция индустриального менеджмента Альфреда Слоуна 85 «Тощее» производство Таичи Оно 88

    Учебное пособие
    Учебное пособие разработано в соответствии с государственными образовательными стандартами по специальностям 061100 – «Менеджмент организации», 061 – «Государственное муниципальное управление» и предназначено для студентов, изучающих
  5. Организация производства (1)

    Учебное пособие
    Учебное пособие рекомендуется для самостоятельного изучения теоретического материала дисциплины «Организация производства», выполнения контрольной работы, сдачи зачета.

Другие похожие документы..