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 введення аналогової інформації.

Виконавчі механізми на транспорті також мають безліч конструкцій. Для управління ними в даний час використовуються інтелектуальні приводи, в ос­нові яких лежать програмовані мікропроцесорні пристрої. Для ефективного

управління виконавчими елементами МПП на транспорті оснащуються підсис­темами виведення 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 введення дискретної інформації такого вигляду в МПП використовуються підсистеми дискретних сигналів.


У загальному вигляді підсистема вводу аналогових сигналів складається (рис .10.2): датчики (ПЕ), кількість яких на транспорті визначається десятками, блоку 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 прис трою.

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:

DU = 1^2^, (10.1) 2n

де AU - дозволяюча здатність, В; U\,U2 - початкове й кінцеве значення діа­пазону вхідного аналогового сигналу, В; n - розрядність АЦП.

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 зрівноважен­ня. 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 будє напруга, що відповідає елементарному кванту AU (рис.9.3).

I

Рис .10.3 - Схема ЦАП: Uon - еталонна напруга; &A) - SAn-1 - електронні ключі; DA1 - суматор Резистори вимірювальної схеми підібрані таким чином, що вихідний сиг­нал Ueux пристрою при замиканні будь-якого ключа змінюється на величину, еквівалентну ваговому коефіцієнту, тобто

UeUx = A U (Dn-1* 2n-1 + Dn-2 * 2n-2 + к + D1*21 + ZV2°). (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 управління F(t) або цифрового автома­та.

Рис .10.4 - Схема АЦП: DA1 - компаратор; DA2 - суматор; F(t) - цифровий автомат

В основі роботи такого АЦП лежить принцип порівняння вхідного сигна­лу Uex з вихідним сигналом ЦАП Uda2 на виході операційного підсилювача DA2 (суматора). При рівності сигналів Uda2 і Uex компаратор DA1 формує логічний сигнал, що зупиняє процес урівноваження. При цьому на виході АЦП буде сформований N - код, відповідний вхідній напрузі:

Uex = Uon * N/№, (10.3)

де Uon - напруга початку шкали відліку; N0 - код початку шкали відліку; N -

код вимірюваної величини.

Статична похибка таких АЦП визначається похибкою ЦАП і компарато­ра.

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

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

Рис .10.5 - Структурна схема підсистеми виводу аналогового сигналу

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 конс трукцій.

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 неконтро-льованих 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 Uце з деяким пороговим рівнем Uqjj . При Uце = Uon

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 управління виконав­чим елементом незалежно від інших (рис .10.7).

Рис .10.6 - Схеми підключення дискретних ПЕ до МПП: а - контактного типу; б - безконтактного типу

Рис .10.7 - Структурна схема підсистеми дискретного виводу МПП


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.

Рис .10.8 - Типова схема транзисторного підсилювача

У ланцюгах змінного струму на тягових підстанціях, в депо та інших об'­єктах електричного транспорту найбільшою популярністю користуються симіс-торні підсилювачі потужності. Такі підсилювачі реалізують схеми з гальваніч­ною розв'язкою, яку необхідно завжди мати між силовими блоками і електро­нними пристроями автоматики, особливо при використанні мікропроцесорів. Приклад симісторного підсилювача для управління електродвигуном ілюструє рис. 10.9.


~Uc

Рис .10.9 - Оригінальна схема симісторного підсилювача

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 управління 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 з самими різними виконавчими механізмами.

Особливий інтерес викликають розробки, в яких мікропроцесорні при­строї забезпечують управління, 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