10.3. Підсистеми перетворення сигналів у МПП

Для здійснення функцій збору інформації керуючу систему обладнують ПЕ і підсистемою вводу/виводу аналогових і дискретних сигналів. На об'єктах транспорту велика кількість контрольованих величин мають змінний характер в часі (величини струму, напруги, потужності та ін.), у зв'язку з чим МПП вимагають оснащення їх підсистемами вводу аналогової інформації.

Виконавчі механізми на транспорті також мають безліч конструкцій. Для керування ними в даний час використовуються інтелектуальні приводи, в основі яких лежать програмовані мікропроцесорні пристрої. Для ефективного керування виконавчими елементами МПП на транспорті оснащуються підсистемами виводу керуючих сигналів.

Порогові значення струмів, напруги, температури окремих вузлів і механізмів в системах автоматики на транспорті контролюються безліччю реле, що формують дискретні аналогові сигнали тільки в критичні моменти. Вихідні сигнали з таких пристроїв носять звичайно випадковий характер. Для вводу дискретної інформації такого вигляду в МПП використовуються підсистеми дискретних сигналів.

У загальному вигляді підсистема вводу аналогових сигналів має (рис. 10.2): датчики (ПЕ), кількість яких на транспорті визначається десятками, блок нормалізації (БН), у складі якого підсилювач і джерело опорної напруги, мультиплексор (МПЛ), аналогово-цифровий перетворювач (АЦП) та порт

вводу МПП (порт інтерфейсу). Блок нормалізації забезпечує формування уніфікованих сигналів з ПЕ, чим досягається задана точність і надійність вимірюваних величин. Застосування мультиплексора дозволяє використовувати один АЦП для декількох каналів вимірювання величин, що скорочує витрати на реалізацію пристрою.

АЦП виконує перетворення аналогової величини в цифровий код. Вибір типу АЦП треба робити, виходячи з мети його застосування з урахуванням таких найбільш важливих характеристик:

- дозволюча здатність - це мінімальне значення аналогового сигналу, яке може розпізнаватися перетворювачем:

точність (методична похибка) - у процесі квантування вхідного сигналу за рівнем відбувається його округлення до найближчого молодшого розряду цифрового коду, тобто виникає похибка квантування, що знаходиться у межах + / - 0,5AU;

час перетворення (період квантування) At - проміжок часу, необхідний для перетворення в цифрову форму одного значення вхідного сигналу.

У промисловості рідко застосовують АЦП з розрядністю вище 12. Це пов'язано з тим, що індикатори друку результатів обмежують цю точність своїм дозволом на екранах або форматах друкарських аркушів.

Сучасні АЦП працюють за допомогою імпульсно-кодової модуляції. Безперервний сигнал представляється у вигляді послідовності відліків, які беруться через певний проміжок часу (з певною частотою дискретизації). Цю

функцію виконує пристрій вибірки-зберігання. Запам'ятовуючи миттєве значення вхідного сигналу від ПЕ, цей пристрій забезпечує зберігання величини, відлік часу процесу оцифрування і уявлення амплітуди у формі кодового слова з певною кількістю розрядів.

Найбільш часто в МПП використовують АЦП порозрядного врівноваження. Принцип його дії заснований на послідовному порівнянні за допомогою компаратора вхідної напруги і напруги, що виробляється цифро-аналоговим перетворювачем (ЦАП), який входить до складу ЦАП.


Якщо на вхід n - розрядного ЦАП потрапляє код 0...001, то на його виході буде напруга, що відповідає елементарному кванту AU (рис. 9.3).

І

Рис. 10.3 - Схема ЦАП:

Uon - еталонна напруга; SA - SAn-1 - електронні ключі; DA1 - суматор

Резистори вимірювальної схеми підібрані таким чином, що вихідний
сигнал            пристрою при замиканні будь-якого ключа змінюється на

величину, еквівалентну ваговому коефіцієнту, тобто

Ueux = AU(Dn-1 * 2n-1 + Dn-2 * 2n-2 + к + D1*21 + D0*20). (10.2)

Таким чином реалізується принцип підсумовування аналогових величин, пропорційних вагам розрядів вхідного цифрового коду, розрядні коефіцієнти яких рівні одиниці.

Перетворення аналогових величин в цифрові коди є вимірювальними процесами. Перетворення відбувається шляхом порівняння перетворюваної величини з набором еталонних величин.

Існує декілька способів формування вихідного коду АЦП. Найбільший розвиток одержали послідовні АЦП з ЦАП в ланцюзі негативного зворотного зв'язку (НЗЗ). Прикладом такого пристрою може служити АЦП (рис.10.4), що складається з компаратора DA1 і схеми керування F(t) або цифрового автомата.

В основі роботи такого АЦП лежить принцип порівняння вхідного
сигналу          з вихідним сигналом ЦАП Uda2 на виході операційного

підсилювача DA2 (суматора). При рівності сигналів Uda2 і компаратор

DA1 формує логічний сигнал, що зупиняє процес урівноваження. При цьому на виході АЦП буде сформований N - код, відповідний вхідної напруги:

UвX = Uon * N/N0, (10.3)


Статична похибка таких АЦП визначається похибкою ЦАП і компаратора.

Залежно від способу врівноваження шуканої величини існують різні АЦП, наприклад, розгортаючого, стежачого і порозрядного врівноваження.

Підсистему виводу аналогового сигналу з МПП до виконавчого механізму
ілюструє рис. 10.5.

Формувач керуючого сигналу (ФКС), що підключається до порту МПП, містить ЦАП, підсилювач напруги, демультиплексор і підсилювач потужності. Оскільки виконавчі елементи (ВЕ) можуть мати різне призначення і електричні

параметри, то очевидно, що підсилювачі потужності потрібні для них абсолютно різних конструкцій.

Сучасні підсилювачі потужності часто містять автономні мікропроцесорні пристрої, що забезпечують ефективну їх експлуатацію в різних кліматичних умовах, при різких змінах навантаження та інших контрольованих і неконтрольованих чинників.

Дискретні ПЕ виявляють перехід контрольованого параметра певного порогового значення. Вони можуть знаходитися лише в одному з двох станів, наприклад, «ВВІМКНЕНО» або «ВИМКНЕНО».

Дискретні ПЕ підрозділяються за принципом дії на контактні й безконтактні. Перші мають контакт, який підключають до порту вводу МПП.

До безконтактного типу відносять ПЕ, створені на основі індукційних, оптичних та інших ефектів з характером зміни вихідного сигналу від контрольованої величини у вигляді стрибка, наприклад, фоторезистор. Для покращення роботи таких ПЕ використовують, як правило, компаратор, що зрівнює вихідний сигнал датчика Uпе з деяким пороговим рівнем Uqjj . При UПЕ = U()]j на виході компаратора відбувається зміна логічного сигналу. Приклади підключення дискретних ПЕ до порту МПП наведені на рис. 10.6.

Зону нечутливості безконтактного ПЕ регулюють, вибираючи певне співвідношення між резисторами R1 і R2. Подібні схеми використовуються при створенні диференціальних ПЕ з двома датчиками, що широко застосовується в системах захисту силового обладнання від помилкових спрацьовувань на різних об'єктах транспорту.

Основна функція пристроїв дискретного виводу - функція ключа. При цьому кожний двійковий розряд вихідних даних має самостійний зміст, тобто кожний біт вихідного слова може використовуватися для керування виконавчим елементом незалежно від інших (рис. 10.7).


Для узгодження електронних схем МПП з виконавчими пристроями застосовують підсилювачі. Транзисторні варіанти підсилювачів потужності є найпоширенішими на об'єктах транспорту (рис.10.8). Номенклатура потужних транзисторів і тиристорів, що випускаються різними фірмами, в даний час дозволяє створювати схеми для ВЕ із струмами навантажень, кратними тисячам ампер.

У об'єктах електричного транспорту найбільшою популярністю користуються симісторні підсилювачі потужності. Такі підсилювачі реалізують схеми з гальванічною розв'язкою, яку необхідно завжди мати між силовими блоками і

електронними пристроями

Включення симісторного пристрою керування відображає світлодіод VD1, який використовується як локальний світловий індикатор подачі керуючого сигналу на електродвигун. Популярність таких індикаторів пов'язана з тим, що їх розміщення не вимагає додаткових монтажних робіт на щитах керування і організації лінії зв'язку від виконавчих пристроїв до засобів сигналізації.

Для більшості мікропроцесорних пристроїв, що випускаються серійними партіями, фірми-розробники створили підсилювачі з певними заданими технічними характеристиками. Номенклатура таких пристроїв забезпечує вибір необхідного з них для надійної експлуатації електроприводів із самими різними виконавчими механізмами.

Особливий інтерес викликають розробки, в яких мікропроцесорні пристрої забезпечують керування, наприклад, пневматичними або гідравлічними виконавчими елементами.


Авторы: 239 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

Книги: 268 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я