Аналоговые и цифровые системы управления. Применение ЭВМ

В зависимости от используемой элементной базы системы уп­равления выполняются аналоговыми, цифровыми и цифро-ана­логовыми.

Важнейшим достижением в области полупроводниковой электроники является освоение выпуска интегральных микро­схем с большой степенью интеграции (БИС). Последние обес­печивают возможность построения эффективных цифровых си­стем регулирования. В частности наряду с системой приборов

УБСР аналоговой ветви были созданы и освоены промышлен­ностью приборы цифровой ветви. Наиболее высокие показа­тели электропривода получаются в том случае, когда цифровая измерительная часть сочетается с аналоговой частью, выпол­ненной по принципу подчиненного регулирования параметров. При этом образуются так называемые цифро-аналоговые си­стемы электропривода, отличающиеся высокими динамическими показателями, высокой точностью регулирования (до 0,001 %). В таких системах, как правило, аналоговый регулятор включа­ется во внутренний контур регулирования (обычно в контур! тока), а цифровой — во внешний контур скорости или поло-^ жения. Кроме повышения точности работы агрегатов цифро-аналоговые системы обеспечивают возможность сопряжения с различными программно-задающими устройствами.

На рис. 59 представлена функциональная схема электропри­вода с подчиненной системой регулирования, выполненная на цифро-аналоговых элементах. В ней используются цифровые

датчики физических величин, которые вместе с другими циф­ровыми устройствами управления (задатчиками, сумматорами, счетчиками и т. п.) образуют измерительную часть электропри­вода.

Аналоговая часть электропривода выполнена по структуре подчиненного регулирования с тремя контурами регулирова­ния: по положению исполнительного органа машины, по ско­рости и току. Внешний контур регулирования положения вы­полнен цифровыми, а внутренние контуры регулирования тока и скорости — аналоговыми.

Аналоговая часть содержит регулятор тока РТ, на который поступают сигналы задания по току и_3.т от регулятора скоро­сти PC и обратной связи по току и_{о т} от датчика тока UA.Выходной сигнал регулятора тока и₃ является сигналом управ­ления тиристорного 'преобразователя f/Z, питающего якорь дви­гателя М. Регулятор скорости PC получает сигнал и_{0 с} от дат­чика скорости BR и сигнал задания и_{3 с} — от задатчика интен­сивности ЗИ. Входным сигналом ЗИ является выходной сигнал м'з. с аналогового регулятора положения РП.

В состав цифровой измерительной части электропривода входят датчики входного ВL1 и выходного BL2 сигналов поло­жения, арифметическое суммирующее устройство АрСУ, пре­образователь кода в напряжение DA (преобразователь код— аналог). Задачей цифровой измерительной части является фор­мирование сигнала рассогласования и_А. Работа ее происходит следующим образом. Требуемое перемещение исполнительного органа задается датчиком ВЫ в виде числа N"₃._n в параллель­ном двоичном коде. Этот сигнал подается на вход сумматора АрСУ вместе с числовым сигналом N_n (также в параллельном двоичном коде), соответствующим действительному положению

Рис. 59. Схема тиристорного электропривода, выполненного на цифро-аналоговых эле­ментах

исполнительного органа. Сумматор АрСУ обеспечивает сумми­рование этих двух цифровых сигналов и выделение сигнала рассогласования в цифровом кодированном представлении. Да­лее цифровой сигнал N_А преобразуется в аналоговый сигнал Ид (напряжение постоянного тока), который поступает на вход регулятора положения РП. Схемы такого рода выполняются на унифицированных аналоговых (УБСР—АИ) и цифровых (УБСР—ДИ) регуляторах.

I По мере развития и совершенствования технологии увеличи­вается число параметров и факторов, которые необходимо кон­тролировать и обрабатывать с целью оптимизации протекания технологических процессов. При этом непрерывно повышаются требовании к системам автоматизации и в первую очередь — к системам автоматизации электропривода.

Традиционный состав технических средств электропривода (электродвигатель, преобразователь, аппаратура управления и регулирования отдельных параметров) уже не может удовлет­ворять требованиям, предъявляемым к современным сложным системам управления с гибкой структурой. Наиболее эффектив­ным является централизованное управление технологическими объектами с использованием экономико-математических мето­дов и высокоэффективной вычислительной и управляющей тех­ники. Такие системы, получившие название автоматизирован­ных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) все шире применяются на металлургических предприятиях.

Системы управления электроприводами входят составной частью в АСУ ТП, осуществляющую анализ всех технологиче­ских параметров и выдачу команд управления электроприво­дами. Использование автоматизированных электроприводов в со­ставе АСУ ТП позволяет оптимизировать расход электроэнер гии, лучше использовать производственные мощности, сократить простои оборудования, повысить экономическую эффективность процесса. Такая система позволяет связать управление отдель­ными параметрами процесса в единое целое в целях его интен­сификации и получения продукции высокого качества.

Все возрастающая способность регулируемых автоматиче­ских электроприводов, содержащих аналоговые и цифровые устройства, устройства связи и преобразования формы инфор­мации, возрастающая сложность законов управления и мате­матического описания системы, необходимость выполнения мно­гих функций, в частности тех, которые раньше выполнялись обслуживающим персоналом, требуют новых средств для реа­лизации этих систем. Такими средствами явились управляющие вычислительные машины (УВМ).

С появлением ЭВМ третьего поколения, выполненных на ин­тегральных микросхемах, они стали широко использоваться в качестве звена системы управления автоматизированного электропривода.

В УВМ поступает информация о регулируемых параметрах электропривода — угловой скорости, угловом перемещении, токе, э. д. с, напряжении и в ряде случаев — данные о техно­логических параметрах приводимого механизма, состоянии за­щитной и коммутационной аппаратуры, состоянии узлов элек­тропривода, системы управления и самой УВМ.

УВМ осуществляют регулирование параметров привода (тока якоря, тока возбуждения, напряжения; скорости двига­теля и т. п.) с автоматической настройкой регуляторов. Они вы­полняют управление тиристорным преобразователем; функции контроля состояния преобразователя, двигателя, САУ; управ­ление электроприводом в функции технологических режимов

Рис.60 Схема цифропой двухконтурной системы регулирования скорости с УВМ: I –УВМ, 2.3 - регулитиры соответственно скорости и тока; 4 — устройство синхронизации с сетью, СИФУ; 6" - формирователь ка OВM •-- обмотка возбуждения двигателя: Т — трансформатор; ВR,, UA •— датчики соответственно скорости и тока

приводимого агрегата; осуществляют связь с верхним уровнем управления, с другими УВМ.

На рис. 60 представлена двухконтурная цифровая система регулирования скорости на основе УВМ. Импульсы управления вентильного преобразователя UZ формируются непосредственно УВМ.

Как видно из рис. 60, ряд элементов системы управления, в том числе регуляторы, не являются самостоятельными физи­ческими устройствами, а входят в состав УВМ.