Основным компонентом микро-ЭВМ является микропроцес­сор МП, выполняющий самые различные функции, связанные с обработкой данных, вычислением и управлением объектом.

Управление электроприводом с использованием микропроцессоров

Применение мощных вычислительных машин в АСУ ТП эко­номически эффективно лишь на крупных производственных объектах, так как такие машины дороги, сложны, требуют спе­циального обслуживания. Для управления отдельными объек­тами с малым числом электроприводов целесообразно исполь­зовать м и к р о п р о ц с с с о р ы.

На базе микропроцессоров сформировался новый класс ма­шин— микро-ЭВМ. Микро-ЭВМ — электронная вычислительная машина, выполненная, как правило, на одной — двух платах, состоящая из микропроцессора (МП), памяти, устройств связи с объектом (УСО) и периферийными устройствами.

Микро-ЭВМ, УСО, пульт управления, периферийные устрой­ства и другие элементы образуют управляющий вычислитель­ный комплекс УВК (рис. 1), ориентированный на решение за­дач управления, контроля, защиты, диагностики и т. п. Устрой­ство связи с объектом УСО, позволяет соединить микро-ЭВМ с управляемым объектом через посредство датчиков Д1—ДN, исполнительных устройств ИУ1, ИУN, которые могут представ­лять собой систему локальных регуляторов с обратными свя­зями.

Рис. 1. Структурная схема управляющего вычислительного комплекса

УСО осуществляет также преобразование аналоговых, ди­скретных и импульсных сигналов в цифрокод и обратно.

Основным компонентом микро-ЭВМ является микропроцес­сор МП, выполняющий самые различные функции, связанные с обработкой данных, вычислением и управлением объектом.

В тиристорных приводах прокатных станов, ножниц, МНЛЗ, конвертеров и других агрегатов металлургических цехов все шире используются микропроцессорные устройства управ­ления.

Микропроцессорная техника используется в электроприводе для прямого цифрового управления, т. е. организации сигналов управления с помощью микро-ЭВМ с выдачей управляющих импульсов на тиристоры (через усилители). Многофункциональные микропроцессор­ные устройства выполняют функции регуляторов и СИФУ.

Управляющее микропро­цессорное устройство ре­шает задачи сбора и пере­дачи информации, формиро­вания и выдачи управляю­щих воздействий на объект управления по правилам, предписываемым алгорит­мом. При управлении при­водом оно выполняет функ­ции регуляторов парамет­ров привода: регуляторов положения, скорости, тока с одновременным выполне­нием функций СИФУ, кон­троля и диагностики состояния электропривода. Микропроцес­сор управляет преобразователем в якорной цепи электродвига­теля и преобразователем в цепи его обмотки возбуждения. Одновременно выполняет «сеточную» защиту при аварийных ре­жимах в цепи преобразователя, контроль включения тиристоров, состояния предохранителей и блокировок в цепях электропри­вода, контроль технологических параметров приводимого меха­низма. Осуществляет обмен информацией с другими устройст­вами управления, исполнение команд устройств более высокого уровня иерархии АСУ ТП.

МП имеют специальные диагностические программы поиска неисправностей, обеспечивающие локализацию поврежденных цепей.

Микропроцессор представляет собой функционально закон­ченное полупроводниковое устройство, состоящее из одной или нескольких интегральных микросхем с большой степенью ин­теграции (БИС), включающее в себя все средства, необходи­мые для обработки информации и управления, и рассчитанное ни совместную работу с устройствами памяти и ввода—вывода информации.

Основными частями МП являются арифметическо-логическое устройство, устройство, внутренние регистры и интерфейсные средства.

В арифметическо-логическом устройстве (АЛУ) выполняются все арифметические и логические операции: сложение, вычитание, обработка кодов чисел, пересылка, И, ИЛИ, НЕ, сложении операций. Ряд операций выполняется по микропро­граммам и подпрограммам.

	Рис. 2Структурная схема микропроцессора

Управляющее устройство (УУ) решает задачу сбора и пере­дачи информации об управляемом объекте, переработки ин­формации, выдачи управляющих воздействий на объект управ­ления в соответствии с алгоритмом.

В микропроцессорной системе управления используется двоичная система исчисления из чисел 0 и 1. Информация о пе­ременных состояния электропривода дается в виде чисел в двоичной системе исчисления и ее преобразование произво­дится по известным законам арифметики и алгебры. Длина слов, вводимых в микро-ЭВМ, т. е. число разрядов двоичных чисел, с которыми она оперирует, не превышает 16—32.

Базовым языком для микропроцессоров является АССЕМБ­ЛЕР. Емкость памяти — это предельноеколичество информа­ции, которое можно разместить в памяти микро-ЭВМ. Она может быть измерена в битах, т. е. числе двоичных единиц, в байтах — восьмибитовых словах; килобайтах. Быстродействие процессора принято характеризовать количеством операций сложения, выполняемых за 1 с.

На рис. 2 представлена структурная схема микропроцес­сора. В состав центрального процессора ЦП входят АЛУ, ре­гистр данных РД, адресный регистр АР, управляющее устрой­ство УУ, генератор синхронизирующих импульсов ГСИ.

Регистры данных РД используются для промежуточных действий с данными и накопленной информацией; передач про­цессором данных и их прием в центральный процессор. Адрес­ные регистры АР предназначены для хранения адресов в па­мяти и для связи с регистром данных для их передачи из па­мяти в интерфейс ввода—вывода и обратно. Управляющее устройство УУ осуществляет управление и контроль за правиль­ным исполнением команд. Генератор синхронизирующих (так­товых) импульсов ГСП объединен с блоком управления. Его частота определяет оперативную скорость микропроцессора.

Использование микро-ЭВМ предусматривает два вида обес­печения: схемное (аппаратное), определяющее совокупность электронных элементов и связей между ними, и программное, реализуемое с помощью изменяемых пользователем или неиз­менных наборов команд. Программы, команды и данные хра­нятся в блоках памяти, которые содержат определенное, харак­теризующее объем памяти, число адресов и ячеек. Реализуясь в микропроцессоре, они обеспечивают требуемый режим работы электропривода.

В постоянном запоминающем устройстве ПЗУ программы хранятся постоянно. Они могут считываться, но могут быть стерты. Поскольку в большинстве случаев каждая микро-ЭВМ используется лишь для одной конкретной цели, число программ, хранящихся в памяти, ограничено. Поэтому программы микро-ЭВМ, как правило, хранятся в долговременной памяти, а на­бор команд неизменен. Требуемые программы «вживаются» в микро-ЭВМ при ее производстве. Необходимые постоянные, например справочные данные, также хранятся в ПЗУ.

В оперативном запоминающем устройстве ОЗУ информа­ция может записываться, либо считываться в процессе работы. Данные и результаты промежуточных вычислений могут быть сохранены и ОЗУ. Центральный процессор в соответствии с программой может считать эти данные или, если требуется, изменить содержимое ячеек ОЗУ.

Микро-ЭВМ могут содержать как ОЗУ, так и ПЗУ. Раз­личные постоянные и справочные данные, стандартные про­граммы хранятся в ПЗУ, в то время как ОЗУ содержат пара­метры и куски программ, которые могут в процессе работы из­мениться.

Под интерфейсом МП понимается системп адресных, инфор­мационных и упражняющих шин, предназначенных для связи перечисленных устройств. В МП различают внешний интер­фейс, обеспечивающий сопряжение МП, памяти и периферий­ных устройств и внутренний интерфейс — для связи между блоками МП.

Периферийным называется устройство, осуществляю­щее преобразование и ввод—вывод в микро-ЭВМ информации о регулируемых координатах электропривода, состоянии защит­ной и коммутационной аппаратуры, о технологических параметрах процесса и т. п. Схема сопряжения периферийных устройств с микро-ЭВМ называется интерфейсом ввода—вывода.

Информации от всех периферийных устройств вводится и микро-ЭВМ н каждый момент естественного открытия вентилей.

С помощью МП решаются как типовые, так и специальные задачи управления электроприводом. По мере совершенство­вания микропроцессорных систем эти задачи будут услож­няться и круг их расширяться. Предусмотрен наладочный ре­жим работы МП. В этом режиме осуществляется корректи­ровка программ регулирования и проверка устройства на функ­ционирование с указанием на индикаторе пультового терминала результатов проверки.

Важным достоинством управления с помощью микро-ЭВМ является его гибкость, возможность оперативного изменения алгоритмов и программ управления. Это позволяет программно изменять характеристики привода и выполняемые им функции без изменения элементной и схемной основы системы управле­нии. Задача автоматизации в этом случае сводится лишь к со­ставлению новых программ и внесению некоторых изменений в устройства связи с объектом (УСО) без разработки новых элеменгов схем и организации их производства.