Микропроцессорное управление станками с ЧПУ

Все более возрастающие требования к точности электропривода привели к использованию микропроцессоров, принцип действия кото­рых основан на цифровых интегральных микросхемах со степенью интеграции сотни тысяч электронных компонентов. Такие микросхе­мы носят название больших интегральных схем (БИС).

Микропроцессором называется функционально закон­ченное устройство цифровой обработки информации, осуществляе­мой по заранее заданной программе, и выполненное на основе специально разработанных БИС. По назначению он близок к процес­сору ЭВМ, однако обладает ввиду малых размеров меньшими функ­циональными возможностями. Размеры однокристального микропро­цессора (5X5X0,2 мм) не превосходят размеров обычных БИС. Особенностью микропроцессорного управления является главенст­вующая роль программного обеспечения, а не его аппаратных средств. Это неограниченно расширяет функциональные возможности управ­ляемого электропривода, так как позволяет заменить громоздкие устройства традиционной электромеханической автоматики с жестки­ми логическими связями легкоперестраиваемыми малогабаритными программируемыми устройствами. Функции, которые реализуются микропроцессором, определяются его управляющей частью и задают­ся определенным набором команд, записываемых заранее в запоми­нающих устройствах.

Микропроцессоры различаются разрядностью чисел, обрабаты­ваемых одной командой, числом регистров, разрядностью числовых и управляющих шин для связи с другими элементами и составом самих команд.

Основными узлами микропроцессора являются арифметическо-логическое устройство, регистры и устройство управления, объеди­няемые информационными шинами.

Арифметическо-логическое устройство выполняет все арифмети­ческие и логические операции (типа И, ИЛИ, НЕ и др.). Устройство управления формирует внутренние команды микропроцессора при поступлении команд из внешней памяти. Оно вырабатывает серию микроприказов, которые подаются на арифметическо-логическое уст­ройство и другие элементы микропроцессора. Регистр предназначен для запоминания информации и простейших преобразований: сброса (установка в нуль), временного хранения, приема и передачи инфор­мации из других устройств, сдвига на нужное число разрядов, пораз­рядного сложения и др.

Для управления станками с помощью микропроцессора необхо­димо также наличие периферийных устройств, объединяемых вместе с арифметическо-логическим устройством и устройством управления под названием «микропроцессорная система». На рис. 1.11 приведена схема такой системы.

Рис. 1.1. Схема микропроцессорной системы
Рис. 1.1. Схема микропроцессорной системы

Запоминающее устройство программы ЗУП хранит команды, которые составляют программу работы микропроцес­сора МП. Запоминающее устройство данных ЗУД  хранит данные, которые предназначаются для обработки микропроцес­сором.

Устройство ввода — вывода УВВ служит для ввода данных в запоминающее устройство данных и их вывода к внешним устрой­ствам.

Для управления микропроцессором обычно используется 78 команд, поступающих из запоминающих и логических устройств. Эти команды управляют операциями ввода — вывода, логическими и арифметическими операциями в заданном коде, операциями загрузки и хранения в накопители памяти.

Для микропроцессорных систем управления разрабатываются специальные датчики обратной связи.

Так как микропроцессор обрабатывает цифровую информацию, то сигналы управления, получаемые от датчиков, задают в виде импуль­сов. Чаще всего применяют кодовые и импульсные датчики механи­ческих параметров электропривода. При использовании же аналого­вых датчиков для согласования их с микропроцессором необходимы быстродействующие аналого-цифровые преобразователи.

Микропроцессоры могут управлять электроприводами главного движения и подач, имеющими в своем составе любой тип исполни­тельного электродвигателя.

Применение микропроцессора в регулируемых приводах постоян­ного и переменного тока позволяет улучшить их характеристики: повысить точность регулирования частоты вращения, снизить ошибки положения подвижных органов и время переходных процессов. Пу­тем перепрограммирования можно быстро перестроить регуляторы на заданный параметр управления.

При использовании микропроцессоров в регулируемом приводе необходимо выбирать алгоритм функционирования привода в целом независимо от схемы его построения, типа микропроцессора и метода построения аппаратной части привода, зависящей от способа пред­ставления аналого-цифровой информации.

Главной частью простейшей структурной схемы микропроцес­сорного управления приводом (рис. 1.2, а) является цепь цифрового регулирования. Микро­процессор МП выполняет функции задания скорости и через цифро- аналоговый преобразователь ЦАП подает сигнал на электропривод ЭП. При такой простой схеме используют и аналоговые датчики обратной связи. В более сложной схеме управления (рис. 1.2, б) микропроцессор вырабатывает по­следовательность импульсов, кото­рые после усиления воздействуют на тиристорный блок управления. В этой схеме применяют цифро­вые датчики обратной связи ЦД, сигналы которых непосредственно подаются на микропроцессор. Существуют и такие сложные схемы управления, в которых используют аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи как в прямом тракте управления, так и в цепи обратной связи.

Рис. 1.2. Структурные схемы микро-процессорного управления аналоговым приводом постоянного тока
Рис. 1.2. Структурные схемы микро-процессорного управления аналоговым
приводом постоянного тока

где: : а — с аналоговыми датчиками обратной связи, б — с цифровыми датчиками обрат¬ной связи.

Микропроцессоры широко применяют и для управления регу­лируемыми приводами переменного тока. В этом случае в функции микропроцессора входит не только пуск и остановка двигателя при­вода, но и изменение времени пуска и торможения, определение неисправности в системе управления, подача команд на включение токоограничивающих сопротивлений. Наибольшей простотой и эко­номичностью, как было отмечено выше, отличается способ регулиро­вания частоты вращения асинхронного двигателя путем изменения частоты питающего напряжения.

На рис. 1.3 показана структурная схема такого управления с помощью микропроцессора. Тиристорный преобразователь частоты  состоит из тиристорного преобразователя (выпрямителя) УВ, сглаживающего пульсации тока фильтра Ф и инвертора, преобразующего постоянный ток в переменный И. Управление этими устройствами осуществля­ет система управления СУ. Она выполняет управление путем изменения напря­жения и частоты на статорных обмотках трехфазного асинхронного двигателя М. Для этого используют обратную связь по скорости ДС, току ДТ и напряжению ДН. Все эти сигналы обрабатывает система регулирования, после чего микропроцессор формирует управляющие воздействия.

Применение микропроцессоров позволяет совершенствовать и по­лучать новые системы управления электроприводом, не имеющие прототипов ни в аналоговом, ни в дискретном электроприводах с аппаратной системой. Это особенно важно при создании сложных систем, реализация которых из-за очень большого числа элементов и громоздкости алгоритма управления аппаратными средствами не­целесообразна.

Рис. 1.3. Структурная схема микропроцессорного управления приводом переменного тока
Рис. 1.3. Структурная схема микропроцессорного управления приводом переменного тока

С применением микропроцессорных систем не только заметно повышается надежность регулируемого электропривода, но и упроща­ется его ремонт, обслуживание, снабжение запасными элементами. Микропроцессоры могут многократно использоваться при замене электромеханической части привода и при переходе на совсем иной тип привода; для этого необходима разработка новых программ.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *