Назначение разрядов регистров А, С

Разряд регистра	Конт. XS1	Управляемый объект
D7 рег. А		Линия А ШД
D6 рег. А		Линия В ШД
D5 рег. А		Линия С ШД
D4 рег. А		Управление реле
D3 рег. А		Реверс ДПТ
D2 рег. А		Вкл./выкл. ДПТ
D1 рег. А		Управление СТ
D0 рег. А	–	Свободен
D5 рег. C		Датчик контактов реле
D6 рег. C		Датчик каретки правый
D7 рег. C		Датчик каретки левый
		+5 В, блока М1
		Общий блока М1

Регистр С в лабораторном исследовании используется для ввода состояний с концевых датчиков положения каретки на червячном валу и с контактной пары реле Р. Разряды D6 (конт. 02 ХS1) и D7 (конт. 04 ХS1) регистра С принимают сигналы датчиков крайних правого и левого положений каретки соответственно. Разряд D5 регистра С (конт. 06 ХS1) принимает сигнал с контактов реле. Активное состояние сигнала установлено U£0,4 В и соответствует замкнутым контактам датчиков. Остальные входы регистра С в работе не задействованы. Общий вывод блока М1 подключен на конт. 01 разъема ХS1 и +5 в на конт. 12.

Блок М1 во время выполнения работы устанавливается в специальный разъем на стенде УМК (в модифицированном варианте стенда установлен постоянно и включается при включении электропитания УМК).

Сведения по УМК приведены в справочном пособии по микроЭВМ лабораторного практикума.

На рис. 8.2, а показан электрический эквивалент ДПТ, СТ, Р, а на
рис. 8.2, б – соответственно электрический эквивалент ШД, у которого имеется три обмотки.

Изменение положения частей конструкций ЭМИМ в пространстве при включении рабочих токов или напряжений в обмотках происходит в течение определенного времени. Время изменения положения подвижных частей ЭМИМ определяется с одной стороны значениями индуктивности (L) и сопротивления (R) обмоток, а с другой стороны – инерционностью масс подвижных частей. С практической точки зрения учет влияния значений L, R и инерционности масс обязывает при организации управления ЭМИМ обеспечивать соответствующие длительности импульсов токов (Iр) или напряжений (Uр) питания обмоток ЭМИМ и устанавливать определенные паузы между импульсами. Для различных по назначению и энергетическим показателям ЭМИМ длительности импульсов и пауз варьируются в широких пределах (от долей mС до единиц секунд). Соответствующие длительности для ЭМИМ оговариваются далее по тексту или определяются по результатам исполнения работы.

а б

Рис. 8.2. Электрические эквиваленты ЭМИМ:
Iр, Uр – рабочие токи и напряжения обмоток

Двигатель ДПТ применен с независимым возбуждением статора (статор выполнен из магнитожесткого материала с выраженными магнитными полюсами). Для управления вращением ротора ДПТ необходимо включать и выключать питающее напряжение (ток) на обмотку ротора через коллекторные пластины и контактные щетки. Переключение направления вращения ротора ДПТ осуществляется переключением полярности источника питания роторных обмоток ДПТ. Для этой цели в макете применен специальный усилитель питания ДПТ. Переключение направления следует производить после предварительного выключения питания ДПТ и остановки вала.

Шаговый двигатель лабораторного макета имеет ротор с выраженными полюсами (двумя), выполненными из магнитожесткого материала. На статоре размещено три обмотки, смещенных в пространстве одна относительно другой на равные углы и образующих, так называемое, полюсное пространство. В ШД лабораторного макета для трех обмоток статора выделено шесть полюсов, т.е. каждый полюс повторяется по окружности статора дважды. Число повторов одноименных полюсов по окружности принято именовать полюсным делением и для ШД макета полюсное деление равно двум.

На рис. 8.3 схематично изображен ШД с тремя обмотками А, В, С при полюсном делении два и роторе с двумя магнитными полюсами.

Рис. 8.3. Схема соединения обмоток трёхфазного ШД (полюсное деление – 2)

Чтобы повернуть вал ротора ШД в направлении по часовой стрелке необходимо подключать питание на обмотки А, В, С относительно общего вывода осуществить в очередности А®В®С®А®В®С®... Если очередность подключения выполнить по очереди А®С®В®А®С®В®..., то вращение вала ротора будет происходить в обратном направлении. Временная диаграмма подключения обмоток А, В, С для поворота вала по часовой стрелке изображена на рис. 8.4.

Угол поворота вала ротора для приведенной на рис. 8.4, а диаграммы равен углу смещения обмоток по окружности статора и равен 360°/6=60°. Минимальное однократное изменение положения ротора во вращательном движении названо шагом и для диаграммы по рис. 8.4, а число шагов составляет шесть, угол поворота на один шаг равен 60°.

а

б

Рис. 8.4. Временные диаграммы питания ШД

Диаграмма подключения линий А, В, С, приведенная на рис. 8.4, а не является единственной. Так на рис. 8.4, б представлена другая диаграмма подключения обмоток и соответственно линий А, В, С. При этой диаграмме подключения положение может фиксироваться не только по полюсам статора, но и в промежутке между полюсами, когда одновременно «возбуждены» два соседних полюса. При последовательности подключения по диаграмме (см. рис. 8.4, б)число шагов поворота вала удваивается, а размер шага поворота уменьшается в два раза и будет равен 30°. Таким образом, изменяя диаграмму питания ШД макета, можно осуществлять поворот ротора с шагом 60 или 30°, т.е. осуществлять изменение скорости вращения вала в два раза.

Электромеханический счетчик и реле имеют похожие конструкции электромеханических узлов. В каждом из этих ЭМИМ имеется соленоид и подвижный якорь, который при подключении питания соленоида притягивается к стержню соленоида. При отключении соленоида от питания якорь возвращается в исходное положение под действием возвратной пружины.

Различие между счетчиком и реле в том, что в СТ якорь приводит во вращение храповое колесо, которое поворачивается на 1/100 долю оборота на каждое подключение. В реле якорь на время подключения соленоида включает или отключает группы контактов. Возврат якоря в исходное состояние под действием пружины происходит существенно медленнее, чем при притяжении якоря к соленоиду.

8.3.2. Электрическая функциональная схема блока подключения ЭМИМ

Функциональная электрическая схема устройств расширения к стенду УМК изображена на рис. 8.5.

Рис. 8.5. Функциональная схема блока подключения ЭМИМ к УМК

Штриховой линией схема разделена на две части. Параллельный адаптер (DD1), цифровые элементы (DD2–DD9) согласования сигнальных цепей адаптера со светодиодными индикаторами, элементы (DD10–DD24) согласования адаптера со входами усилителей управляющих сигналов, триггер формирования сигнала «Блокировка ЭМИМ» (DD26) c сопутствующими элементами DD25, DD27 ЭМИМ, светодиодные индикаторы (VD1–VD8), а также ограничительные резисторы (R1–R18) размещены на плате модуля М1 установленной в корпусе УМК. Усилители сигналов питания обмоток, соответствующих ЭМИМ, на схеме обозначенные как Ушд, УР, УСТ, Удпт, ШД, ДПТ, СТ, реле Р ограничительный резистор R19 светодиодный индикатор VD9, концевые герконы SA1, SA2 размещены на блоке БЭУ, выделенном штриховой линией и подключенном через соединительный кабель к модернизированному стенду УМК. Выходы и входы БЭУ объединены в соединитель XS1. Электрическое соединение БЭУ и блока М1 осуществляется через разъем Х1, вилка которого установлена на соединителе, а гнездо – на лицевой панели модернизированного стенда УМК. В разъеме Х1 использовано 12 контактных пар. Номера контактов разъема X1 и коммутируемые линии соединителя показаны на рис. 8.5. Питание БЭУ осуществляется от сети переменного тока через встроенные в БЭУ источники питания +5 и +10 В. На лицевую панель стенда УМК для контроля вынесен индикатор VD10 «Блокировка ЭМИМ». Схема подключения ЭМИМ учитывает следующие состояния работы с блоком БЭУ:

– усилители питания обмоток ЭМИМ исполнены так, чтобы включение БЭУ в автономном режиме (при разъединённом разъёме Х1) обмотки ЭМИМ были нормально обесточены;

– включение питания стенда УМК, приводящее к установке выходов портов А,В,С адаптера ППА в единичное состояние по системному сбросу, сопровождается блокированием выходов к усилителям питания ЭМИМ в состоянии соответствующем обесточиванию обмоток ЭМИМ;

– снятие блокировки для управления ЭМИМ предусмотрено программным включением триггера блокировки (DD26) единичным состоянием разряда D7 (адрес триггера 94-97h).

Электрические схемы УШД, УР идентичны. Отличаются они лишь величиной выходных токов.

В выключенном состоянии выходной транзистор усилителей запирается обратным напряжением около 0,4 В. Вследствие существенно меньшего выходного тока в схеме УСТ исключено запирание выходного транзистора в выключенном состоянии. Усилители УШД, УР, УСТ выключают ток питания обмоток ЭМИМ при подаче на входы низкого уровня напряжения (меньше 0,4 В) и включают ток при высоком входном уровне (больше
2,4 В). Усилитель УДПТ исполнен по мостовой схеме на парах транзисторов прямой и обратной проводимости. Обмотка ДПТ включена в диагональ моста. Схемное решение УДПТ позволяет при подаче на оба входа низкого уровня напряжения (меньше 0,4 В) выключить ток в обмотке ДПТ. При подаче на один из входов УДПТ низкого уровня напряжения, а на другой – высокого уровня (больше 2,4 В) УДПТ включает ток в обмотку ДПТ и допускает переключение направления тока переключением уровней на входах. Логическая организация связи элементов DD13, DD21–DD24 позволяет по 6 управлять включением/ выключением ДПТ, а по линии 5 – изменением направления вращения вала «Реверс Дпт». В схеме макета реле К1 переключает две контактные группы на два положения. Контактная группа К1.1 включает питание на УСТ, чем разрешает управление счетом импульсов. Контактная группа К1.2 замыкает цепь питания светодиода VD9 через резистор R11. Контакт К1.2 одной клеммой соединен с общим проводом. Уровень напряжения на другой клемме контакта К1.2 относительно общего провода используется в качестве сигнала контроля состояния реле К1 (включено/выключено) и передается через DD1 на линию D5 регистра С. Концевые переключатели SA1, SA2 размещены на БЭУ, а нагрузочные сопротивления (R9, R10) находятся на блоке М1, где они подключены к шине плюс 5 В.

Подготовка макета к работе

К началу выполнения работы УМК и внешний источник питания БЭУ должны быть выключены. При выключенных источниках питания проверьте подключение блока ЭМИМ соединителем ХS1 к УМК и, при отсутствии соединения, подключите, пользуясь разъёмом Х1. Не включая блока питания БЭУ (красные индикаторы на источниках питания БЭУ погашены), включите питание стенда УМК и, пользуясь рекомендациями и программными модулями работы №5, инициализируйте ППА блока М1 в режим простого вывода по порту А и режим простого ввода по портам В, С. Индикатор VD10 «Блокировка ЭМИМ» на лицевой панели стенда УМК должен светится по включению питания УМК. Если индикатор погашен, то продублируйте его включение (установку блокировки ЭМИМ) записью кода с состоянием U⁰ линию D7 порт блокировки (адрес 94-97h).

Для отладки программ управления ЭМИМ макет готов. В последующей работе с макетом руководствуйтесь методическими указаниями по выполнению работы.