6.9. Вывод выходных сигналов на исполнительные устройства
Расчетные значения управляющих воздействий или их приращений представляются в цифровом приборе в виде двоичных чисел. Для управления исполнительными устройствами непрерывного типа (пневматическими, гидравлическими или электрическими приводами) необходимо преобразование цифровых данных в соответствующие аналоговые сигналы. Это преобразование выполняется с помощью цифроаналоговых преобразователей (ЦАП) и фиксирующих элементов с памятью, сохраняющих преобразованные значения управляющих воздействий в промежутках между моментами обращения управляющей программы к ЦАП.
Обычно один ЦАП используют для управления несколькими исполнительными устройствами (рис. 6.19) с помощью коммутатора (демультиплексора), передающего сигнал с выхода ЦАП на один из фиксирующих элементов, запоминающих преобразованный выходной сигнал в промежутке между обращениями к данному исполнительному устройству. Для управления непрерывными исполнительными устройствами, входящими в систему ГСП, на их вход должны выдаваться сигналы определенного уровня (0-10 В, 0-20 мА или 4-20 мА постоянного тока) с выхода устройства вывода информации из контроллера.
В дальнейшем этот сигнал усиливается в устройстве и преобразуется в положение регулирующего органа. Иногда между контроллером и исполнительным устройством включается промежуточный (например, электропневматический) преобразователь управляющего сигнала. В современных исполнительных устройствах цифроаналоговые преобразователи в интегральном исполнении вместе со схемой приема двоичного кода из МПС входят в состав самого устройства. В этом случае управляющее воздействие выводится из МПС непосредственно, без цифроаналогового преобразования, обычно в последовательном коде.
Рис. 6.19. Вывод сигналов на исполнительные устройства:
ЦАП - цифроаналоговый преобразователь;
Ф схема выборки хранения (фиксатор)
Для управления абсолютным положением регулирующего органа (0-100%) МПС может выдавать сигналы одного знака, но ЦАП в этом случае должен иметь достаточно большую разрядность (8-12 бит), для того чтобы обеспечить достаточную точность преобразования. При выдаче приращения управляющего воздействия требования к разрядности ЦАП ниже (6-8 бит), но выходной сигнал машины должен быть разного знака.
По принципу действия исполнительные устройства можно разбить на следующие 4 группы:
1) исполнительные устройства с пропорциональными характеристиками (мембранные исполнительные механизмы, гидроприводы с механической обратной связью);
2) интегрирующие исполнительные устройства (гидроприводы без обратной связи, приводы на основе электродвигателей постоянного тока с регулируемой скоростью);
3) интегрирующие исполнительные устройства с постоянной скоростью (реверсивные электродвигатели переменного тока);
4) исполнительные устройства дискретного типа (шаговые двигатели).
В исполнительных устройствах 1-й группы перемещение регулирующего органа прямо пропорционально управляющему воздействию. В исполнительных устройствах 2-й группы управляющая переменная воздействует на скорость перемещения регулирующего органа, поэтому его положение определяется как интеграл от управляющего воздействия. В исполнительных устройствах 3-й группы регулирующий орган перемещается с одной и той же скоростью как в прямом, так и в обратном направлении. Управляющая переменная на входе таких исполнительных устройств должна быть преобразована в длительность разнополярных импульсов включения привода. Импульсы одной полярности включают привод на перемещение регулирующего органа в прямом направлении, а импульсы другой полярности - на перемещение в обратном направлении. Для преобразования двоичного кода управляющего воздействия в такую последовательность импульсов используют специализированные ЦАП. Текущее положение регулирующего органа в исполнительных устройствах 3-й группы определяется как интеграл от последовательности управляющих импульсов с учетом их полярности.
Дискретные исполнительные устройства типа шаговых двигателей (4-й группы) особенно удобны для сопряжения с МПС, поскольку ЦАП в этом случае не требуется. Положение регулирующего органа в подобных устройствах пропорционально числу поступающих от МПС управляющих импульсов, которое и является управляющим воздействием.