Министерствообразования и науки Российской Федерации
Федеральноегосударственное автономное образовательное учреждение
высшегопрофессионального образования
Российскийгосударственный профессионально – педагогический университет
Кафедраэлектрооборудования и автоматизации промышленных предприятий
Контрольная работа
По дисциплине: «Управление типовыми технологическими процессами»
Екатеринбург2010
Типовая структура следящего электропривода и ее реализация наЭВМ
электропривод преобразователь датчик грузовой подъемник
Следящий электропривод, следящая система, обеспечивающаявоспроизведение некоторых механических перемещений на управляемом объектепосредством исполнительного электродвигателя (ИЭ). С. э. включает в себязадающее устройство, измерительный преобразователь, орган сравнения, усилительи исполнительный электродвигатель. Задающее устройство вырабатывает исходныйсигнал (изменяющийся, как правило, по произвольному закону). Измерительныйпреобразователь непрерывно измеряет фактическое значение воспроизводимойвеличины на управляемом объекте, которое при помощи органа сравнениясопоставляется с заданным. Обычно измерительный преобразователь и органсравнения объединены в одном устройстве, вырабатывающем электрический сигналрассогласования (СР), пропорциональный разности между заданным и фактическимизначениями воспроизводимой величины. Сигнал рассогласования (в виде напряженияили тока) поступает на вход усилителя, а затем на исполнительныйэлектродвигатель, осуществляющий такое движение управляемого объекта, прикотором сигнал рассогласования уменьшается. В отсутствие сигналарассогласования ротор электродвигателя находится в покое.
Различают следящий электропривод с непрерывным и дискретнымуправлением. Особенностью первого является непрерывное регулирование напряжения(мощности) исполнительного электродвигателя в функции сигнала рассогласования.В простейшем случае эта зависимость линейна. Следящий электропривод сдискретным управлением подразделяются на релейные и импульсные. В релейных следящихэлектроприводах в качестве усилителя используют бесконтактные реле, которые приопределённой величине сигнал рассогласования включают исполнительныйэлектродвигатель на полную мощность. В импульсных следящих электроприводах включениеисполнительного электродвигателя осуществляется периодически, через определённые(равные) промежутки времени управляющими импульсами тока, амплитуда,длительность или частота которых являются функцией сигнала рассогласования.
В большинстве следящих электроприводах задаваемой величинойявляется угол поворота входного вала, а регулируемой — угол поворота выходноговала, с которым связан управляемый объект. В качестве измерительныхпреобразователей наибольшее распространение в таких устройствах получилипотенциометры и индукционные машины переменного тока типа сельсинов или поворотныхтрансформаторов. Следящие электропривода находят применение в различныхсистемах управления, передачи информации и измерения.
При управлении следящим электроприводом от ЭВМ системауправления воздействует на электропривод через цифроаналоговый преобразователь(ЦАП). Если использовать терминологию, принятую в теории автоматическогорегулирования, то можно сказать, что ЭВМ является генератором управляющеговоздействия, дискриминатором ошибки и цифровым фильтром, оптимизирующимвыходное воздействие для привода.
Аналого-цифровой преобразователь перемещения с импульснымдатчиком положения
Для обеспечения высоких требований, предъявляемых к контурно — позиционному управлению исполнительного механизма оборудования с ЧПУ,необходимы прецизионные преобразователи, измеряющие перемещение исполнительногомеханизма. Такие преобразователи должны измерять положение с разрешающейспособностью 1 мкм и менее, определять направление движения, его скорость, а внекоторых случаях и ускорение. Измерительный преобразователь перемещения (ИПП)состоит из датчика положения (ДП), измерительной системы (ИС), преобразующейсигнал датчика в цифровой сигнал, воспринимаемый У ЧПУ.
/>
Фотоэлектрические датчики положения используют принцип модуляции световогопотока при взаимном перемещении шкалы датчика относительно съемника. Импульсныефотоэлектрические датчики имеют растровую шкалу, на которой с постоянным шагомнанесены риски таким образом, что прозрачные просветы и непрозрачные участки —штрихи шкалы имеют одинаковую ширину s/2 (рис. 1). Число штрихов шкалы равно отношениюдлины шкалы к шагу s. Для круговых датчиков это число определяет число дискретперемещения NДП на оборот датчика. Съемник имеет две секции, каждаяиз которых содержит пару просветов. Начало просвета второй секции сдвинутоотносительно конца штриха первой секции на V4 шага s. С каждой парой просветовсъемника совмещена встречновключенная пара фотодиодов (ФД1, ФД2 для первойсекции, ФДЗ, ФД4 для второй секции). При движении шкалы вдоль съемникапроисходит модуляция светового потока в просветах съемника и в токах i1 — i4 протекающих черезфотодиоды, появляется периодическая составляющая. Первая гармоника суммы токов i1, i2 сдвинута относительнопервой гармоники суммы токов i3, i4 на 90° в результате пространственного сдвига секций съемника.Использование встречного включения фотодиодов позволяет скомпенсировать влияниеизменения светового потока на постоянную составляющую суммарных токовфотодиодов. Погрешность датчика, обусловленная неравномерностями нарезки шкалы,уменьшается ввиду того, что на каждый фотодиод попадает световой поток отнескольких просветов шкалы.
/>
На шкале и съемнике ниже описанного основного растровогосопряжения имеется растровое сопряжение называемое нуль-меткой, не показанноена рис. 1. Это группа штрихов и просветов, позволяющая зафиксировать абсолютноеположение линейного ДП или положение кругового ДП в пределах оборота. Спросветами нуль-метки съемника совмещены фотодиоды подобно тому, как этовыполнено для его основных секций. Аналоговые сигналы с фотодиодов поступают навходы усилителей-формирователей УФ1, УФ2; на выходах которых формируютсянормализованные прямоугольные напряжения u0, u1, u2, (Рис. 2). Для увеличения числаимпульсов ДП на оборот вала используется специальная схема, временная диаграммаработы которой соответствует рис. 2. Схема на рис. 2 имеет два канала: навыходе которых возникают последовательности импульсов унитарного кода, частотакоторых fo.c. пропорциональна скорости вращения вала ДП. Числоимпульсов с выхода схемы рис. 2 в четыре раза больше числа прорезей шкалы ДП.Этот эффект достигается в результате формирования узких импульсов по переднемуфронту и срезу напряжений u1 ,u2 выходов УФ1, УФ2. Для определения направлениядвижения исполнительного механизма необходимо выработать признак изменениянаправления SX. Из временной диаграммы на рис. 2 очевидно, что при движении водном направлении между каждыми двумя перепадами напряжения u2 имеется один перепаднапряжения u2, причем при движении вперед за положительным фронтом и/ следуетположительный фронт u2. Пусть этой ситуации соответствует логическая единица на выходе SX и учетверенная выходнаяпоследовательность проходит по каналу +fo.c… При смене направлениядвижения на противоположное между двумя перепадами напряжения и2 отсутствуетперепад и1, что является признаком изменения состояния SX нa нулевое, в результатечего выходная последовательность переключается на канал –fo.c… При обратной смененаправления (на временной диаграмме этот случай не показан) между двумяперепадами u1 небудет перепада u2, что и является признаком возврата SХ в состояние логическойединицы. В течение одного оборота кругового ДП формируется один импульснуль-метки fо.м… На рис. 2 изображено формирование сигнала нуль-метки для случая,когда прорези нуль-метки находятся на одной вертикали с прорезями второй секциисъемника.
С появлением полупроводниковых излучателей светаэксплуатационные характеристики импульсных фотоэлектрических ДП значительноулучшились. Простота измерительной системы и ее малые габариты позволилисоздавать на базе этих ДП измерительные преобразователи перемещения,встраиваемые в исполнительные двигатели электроприводов, в результате чегосозданы СЭП исполнительных устройств с полузамкнутой структурой,удовлетворяющие требованиям по точности, предъявляемым к оборудованию с ЧПУразличного назначения.
На рис. 3 приведена структура СЭП, на вход которого поступаетсигнал заданного перемещения в виде импульсов fn, с выходамикроинтерполятора. Этот сигнал, так же как сигнал обратной связи fо.c. от ИПП поступает насхему синхронизации СС, необходимую для того, чтобы избежать потери импульсовпри одновременном приходе импульсов по каналам задания и обратной связи. Свыхода СС импульсы поступают на вход реверсивного счетчика РСч, число в которомпропорционально рассогласованию между заданным и фактическим положением СЭП.Это число преобразуется в напряжение преобразователем код—напряжение ПКН ипоступает на вход привода регулируемой скорости РЭП. Для повышения динамическойточности СЭП используется схема компенсации скоростного рассогласования КСР, формирующаясигнал, пропорциональный заданной скорости перемещения, т. е.частоте программы fn. Рассмотренный СЭП широко используется воборудовании различного назначения, предназначенном для УЧПУ первого и второгопоколений. В исполнительных устройствах роботов для обеспечения абсолютногоотсчета положения звеньев манипулятора используются фотоэлектрические кодовыеДП. Кодовые ДП могут быть круговыми и линейными. Отличие от рассмотренных вышеимпульсных ДП заключается в том, что на шкале кодового ДП нанесена кодоваямаска, причем число дорожек шкалы равно числу разрядов датчика. Длина штрихов ипросветов каждой из дорожек различна и определяется весом разряда, которомусоответствует данная дорожка. Соответственно увеличению числа дорожек растет ичисло фотодиодов, устанавливаемых на съемнике. Кодовая маска ДП наносится вкоде Грея или другом коде, обеспечивающем ошибку считывания, не более единицымладшего разряда кода.
Преобразование кода маски в двоичный код выполняетсяизмерительной системой, которая конструктивно объединяется с ДП, образуяинтегрированный ИПП. При числе разрядов ДП, большем 10, кодовые датчикивыполняются двух- отсчетными. В этом случае кодовые диски грубого и точногоотсчета связаны прецизионным редуктором, а измерительная система дополняетсясхемой согласования отсчетов.
/>
Рис.3. Структура СЭП с импульсным фотоэлектрическим ДП
Задача
Составить таблицу состояний автоматизации работы грузовогоподъемника в соответствии с заданными условиями техпроцесса: подъемникперемещается с одного уровня на другой реверсивным приводом, включаемымконтакторами КМ1 и КМ2. Пуск подъемника осуществляется по команде от этажныхкнопок SB1, SB2, SB3, SB4. Аварийные ситуации предотвращаются руле перегрузки, конечнымивыключателями SQ1 и SQ2 и контролем закрытия дверей шахты SQ3, SQ4. Все командныепеременные сведены к четырем: пуск вверх ПВ — нажаты кнопки «Вверх» SB1, SB3 на нервом или второмэтаже; пуск вниз ПН — нажаты кнопки «Вниз» SB2, SB, 4 на первом или второмэтаже; есть разрешение двигаться вверх РВ — закрыты все двери, не нажатконечный выключатель SQ1, нет перегрузки; есть разрешение двигаться внизРН — закрыты все двери, не нажат конечный выключатель SQ2, нет перегрузки. Числовозможных состояний три: 1 -движение вверх, 2 — движение вниз, 3 — кабинанеподвижна.
Таблица состояний:
/>
Схема на логических элементах
/>
Схема на реле
/>
Алгоритм программы
/>
Литература
1. А.М. Корытин, Н.К.Петров, С.Н. Радимов, Н.К. Шанарев. Автоматизация типовых технологическихпроцессов и установок: Учебник для вузов/ -2-еизд., перераб. и доп. — М.:Энерго-атомиздат, 1988.
2. Булгаков А. А., Программноеуправление системами машин, М., 1975.
3. Схиргсладзе А.Г. Работаоператора на станках с программным управлением: Учеб. пособие для проф. учеб,заведений. — 3-е изд. стер.—М.: Высш. шк.; Изд. центр «Академия»,2000.