2.2. Типовая структура мпсу управляемым выпрямителем

Типовая структура МПСУ управляемым выпрямителем, в которой отражены и общие и частные требования, предъявляемые к подобного класса системам, представлена на рис. 2.2.

Рис. 2.2

Как и во всякой информационно-управляющей микропроцессорной системе, в МПСУ вентильным преобразователем можно выделить два основных компонента: микроЭВМ, охватывающую верхний ряд блоков, и устройство сопряжения с объектом, содержащее блоки (расположены в нижней части рисунка).

В состав микроЭВМ традиционно входят микропроцессор с модулем памяти (ПЗУ/ОЗУ), контроллер пульта управления, контроллер индикатора и контроллер последовательного интерфейса для связи с ЭВМ верхнего уровня управления (обычно интерфейс RS-232). На рис. 2.2 стрелками показана связь указанных контроллеров с соответствующими внешними устройствами.

Назначение блоков микроЭВМ и магистрали МПСУ известно и здесь не рассматривается. Больший интерес для управления УВ и электроприводом в целом представляют блоки, входящие в состав устройства сопряжения с объектом. Именно в этих блоках (в их составе и функциях) отражается специфика объекта управления.

Замечание. Почти все блоки УСО имеют связь с силовой схемой. Поэтому в них обязательно должны присутствовать элементы, осуществляющие гальваническую развязку и согласование сигналов по уровню между источником и приемником сигналов. В контексте управления УВ эти функции не имеют принципиального характера и ниже не указываются.

Помимо микропроцессора и модуля памяти все остальные блоки МПСУ называются периферийными устройствами.

Рассмотрим назначение блоков.

Модуль таймеров предназначен для отсчета временных интервалов t_, пропорциональных углу управления , формирования длительности импульсов управления _и и распределения их по вентилям. В слу­чае необходимости модуль таймеров может выполнять функцию измерения периода сетевого напряжения U_c (см. пунктирную однонаправленную стрелку на рис. 2.2).

Аналого-цифровой преобразователь предназначен для преобразования входных аналоговых сигналов (напряжение, ток, скорость, температура, положение и т.д.), характеризующих состояние объекта управления, в цифровой код и передачи полученной информации в микропроцессор.

Блок состояния вентилей предназначен для анализа текущего проводящего состояния вентилей УВ, фиксации аномального состояния и формирования в этом случае сигнала прерывания наивысшего приоритета INT0 (авария).

Известно, что при правильной работе в схеме УВ одновременно проводят ток два вентиля: один из катодной и один из анодной группы. Включение вентилей происходит в строго определенном порядке. Также имеют место интервалы коммутации (угол ), в течение которых работают два вентиля одной группы: один выключается, а второй выключается. В этом случае одновременно проводят ток три вентиля (однако этот интервал четко ограничен ( _max), и его максимальное значение должно быть заранее известно. Это все является нормой. Остальные случаи (состояния вентилей силовой схемы) должны восприниматься как неправильная работа управляемого выпрямителя.

Блок синхронизации с сетью предназначен для формирования в моменты ТЕК сигнала запроса на прерывание (обозначим его INT1), анализа состояния фаз сети и выдачи слова состояния фаз (ССФ) в микропроцессор.

Слово состояния фаз – это двоичное трехразрядное число, состояние каждого бита которого отражает полярность соответствующего линейного сетевого напряжения.

Контроллер дискретной информации предназначен для обмена дискретной информацией между МПСУ и элементами силовой схемы объекта.

В силовой схеме электропривода помимо вентилей УВ присутствуют и другие коммутационные устройства, которыми нужно по определенному алгоритму дискретно управлять (автоматы, контакторы, магнитные пускатели, реле и т.д.) или с которых нужно считывать дискретную информацию (релейные контактные и бесконтактные датчики, предохранители, контакты срабатывания релейных устройств, концевые выключатели и т.д.) [29]. Для связи с ними нужен контроллер дискретной информации, реализующий в рамках системы функции мониторинга и своего рода алгоритмического распределения.

Программируемый контроллер прерывания. Как видно из рис. 2.2, все блоки устройства сопряжения с объектом (а также контроллеры микроЭВМ) способны выставлять запрос на прерывание. Для упорядочения процедуры прерывания от нескольких устройств предназначен программируемый контроллер прерывания. В общем случае он (под управлением микропроцессора) разрешает, запрещает прерывание от того или иного устройства, устанавливает приоритет запросов, реализует приоритет в случае одновременного установления запроса на прерывание от нескольких блоков, организует процедуру прерывания с микропроцессором и т.д.

Замечание. Формально программируемый контроллер прерывания должен входить в состав микроЭВМ как его неотъемлемая часть, но на рис. 2.2 он специально отнесен к блокам УСО, так как его наиболее значимая роль в МПСУ управляемым выпрямителем проявляется именно во взаимодействии с этими блоками.

Рассмотренные выше конкретные назначения блоков МПСУ можно также соотнести с функциями, которые в общем случае предъявляются к МПСУ вентильным преобразователем (см. п. 1.5). Эти функции отображены на рис. 2.2 в поле обозначения блоков в круглых скобках. Часто один и тот же блок может выполнять несколько функций или одна и та же функция реализуется несколькими блоками. На рисунке для каждого блока указаны только наиболее значимые выполняемые им функции. Так, очевидно, что микропроцессор как устройство, управляющее работой всех блоков, участвует в реализации всех функций, но только он реализует функцию регулятора, программа реализации которого хранится в ПЗУ.

На рис. 2.2 не отражены функции диагностики и наладочного режима, так как они реализуются практически всеми блоками УСО и микропроцессором.

Аппаратная реализация приведенной структуры МПСУ может быть выполнена на основе микропроцессорной большой интегральной схемы. В этом случае МПСУ строится в буквальном смысле по приведенной структуре, т.е. в виде отдельных физических модулей, каждый из которых вставляется в соответствующий слот или разъем единого конструктива. Указанные слоты подключены к магистрали МПСУ и обеспечивают связь модуля с микропроцессорным и другими модулями. Многие фирмы производят готовые микропроцессорные и периферийные модули, включающие источники питания, пульты управления и индикации, а также соответствующие конструктивы и системное программное обеспечение [30, 31]. Пользователь может выбрать из фирменной номенклатуры требуемые готовые модули, корпус, источник питания и тем самым создать аппаратную основу МПСУ. Достоинство такого варианта реализации – возможность модернизации МПСУ и быстрого ремонта путем замены отдельных модулей (в том числе и микропроцессорного) или добавления новых (иногда это может привести и к замене корпуса МПСУ). Недостатки данного варианта – большие масса и габаритные размеры МПСУ, несколько меньшая надежность.

Другой способ построения МПСУ – использовать в качестве ядра микроконтроллер, объединяющий в себе множество периферийных устройств. В этом случае резко сокращается количество модулей МПСУ. Вся система реализуется на одной плате-модуле (одноплатный вариант), которая может быть дополнена источником питания и пультом управления и индикации. Достоинства этого варианта заключаются прежде всего в малых массогабаритных показателях и более высокой надежности. Однако в случае ремонта или модернизации системы необходимо будет менять всю системную плату-модуль.

Каждый из перечисленных вариантов аппаратной реализации МПСУ имеет свои достоинства и недостатки. Выбор оптимального варианта определяется совокупностью всех требований к МПСУ с точки зрения как проектирования, изготовления, так и ее дальнейшей эксплуатации. Более подробные рекомендации по данному вопросу можно извлечь из [21].