Микроконтроллерные системы управления приводами

    4. Пульт оперативного управления (ПУ) с дисплеем и клавиатурой обеспечивает интерфейс привода с человеком оператором. Разработаны несколько типов ПУ с различными дисплеями, вплоть до графического, и специализированными клавиатурами. Для подключения с контроллеру привода предусмотрены интерфейсы: параллельный, синхронный последовательный SPI и сетевой CAN. В двух первых случаях ПУ монтируется непосредственно на переднюю панель преобразователя, а в последнем - может быть съемным или удаленным.

    Все контроллеры привода, независимо от типа центрального процессора имеют унифицированную блочно-модульную архитектуру, оптимизированную по числу входов/выходов и функциям и для эффективного решения типовых задач прямого цифрового управления компонентами привода с различными типами исполнительных двигателей двигателей и структурой силовой части.

    Для оптимизации стоимости и габаритов  системы управления в серию входят универсальные контроллеры двух типов: I - для одноинверторных применений и II – для двухинверторных применений. Они отличаются числом блоков прямого цифрового управления ключами и ввода аналоговых сигналов. Кроме того, в универсальных контроллерах второго типа используется более мощный центральный процессор со сдвоенным менеджером событий и 16-канальным быстродействующим АЦП.

    Центральный процессор - специализированный микроконтроллер  для управления двигателями, частота работы которого определяется блоком тактового генератора. Модуль питания формирует необходимые уровни вторичных напряжений и содержит фильтры защиты от помех. Блок сброса и мониторинга питания обеспечивает начальную инициализацию контроллера и постоянный контроль качества системы питания. При раннем предупреждении об исчезновении любого уровня питания код аварии и важнейшие параметры системы управления сохраняются в модуле энергонезависимой памяти контроллера. Блок управления режимами обеспечивает: загрузку программного обеспечения во встроенную флэш-память контроллера по одному из последовательных каналов связи с компьютера или выполнение рабочей программы. Состояние контроллера для наладки и диагностики отображается в блоке светодиодной индикации. Для решения сложных задач векторного и бездатчикового управления, мониторинга переменных привода, память центрального процессора расширяется в модуле расширения встроенной памяти до требуемого объема. Интерактивная отладка и загрузка программного обеспечения выполняется по JTAG-интерфейсу с использованием внутрисхемных эмуляторов и интегрированных средств разработки типа Code Composer.

    Блок  прямого цифрового управления силовыми ключами обеспечивает: выдачу 6 сигналов в режиме центрированной или векторной ШИМ-модуляции и 2 сигналов в режиме фронтовой ШИМ, прием 2 запросов прерываний по авариям или до 8 индивидуальных сигналов аварий силовых ключей. При мощностях привода до 500 кВт ШИМ-сигналы выдаются в стандарте открытый коллектор с допустимой нагрузкой 20 мА для непосредственного управления первичными цепями оптронов. При больших мощностях применяются волоконно-оптические приемники/передатчики в виде модулей расширения функций контроллера.

    Аварийные сигналы могут вводиться с  учетом специфики драйверов: от каждогоиз ключей; от двух ключей стойки; общим сигналом аварии инвертора. Формат ввода - открытый коллектор. Технология обработки аварий унифицируется: блокируется инвертор (за 1 мкс); производится идентификация источника аварии; оператору выдается соответствующее диагностическое сообщение; если тип аварии допускает повторное включение, то оно разрешается после отсчета заданной выдержки времени; информация о времени и типе аварии сохраняется в энергонезависимой памяти системы управления для мониторинга отказов.

    Блок  ввода и предварительной обработки  аналоговых сигналов обеспечивает ввод сигналов с датчиков напряжения и тока в звене постоянного, датчиков фазных токов и напряжений, сигналов задания и обратной связи по технологическим переменным. Для выбора формата ввода используется селектор форматов. Имеется схема преобразования входного формата к формату АЦП процессора, фильтр низкой частоты, схема защиты от перенапряжений и переполюсовки. Для систем скалярного управления время аналого-цифрового преобразования на канал не более 10 мкс, разрядность - 8 двоичных разрядов, для систем векторного управления - от 500 до 60 нс, разрядность - не менее 10 разрядов.

    Блок  интерфейса с датчиками положения  обеспечивает прием потенциальных сигналов с 3,4,5,6-канальных датчиков положения (индуктивных, на элементах Холла и др.), а также дифференциальных сигналов с оптических датчиков положения. В его состав входят дифференциальные приемники и триггеры Шмитта для подавления синфазной составляющей напряжения и уменьшения влияния помех.

    Выдача  аналоговых сигналов управления, например, инверторами тока для шаговых двигателей, производится в блоке цифроаналогового преобразования или с помощью дополнительных RC-фильтров на выходе блока прямого управления ключами.

     Системы управления могут комплектоваться  удаленными или встраиваемыми в силовой преобразователь модулями  дискретного  ввода/вывода г) и пультами оперативного управления д) как пассивными, так и интеллектуальными.

    Выводы

    Доступность современной, высокопроизводительной элементной базы - специализированных контроллеров для управления двигателями, накопленный опыт проектирования позволяет отечественным разработчикам:

    1. Создавать системы управления, удовлетворяющие  возросшим требованиям по точности, быстродействию, диапазонам регулирования переменных привода.

    2. Унифицировать аппаратную часть  системы управления независимо  от типа исполнительного двигателя и структуры силовой части.

    3. Обеспечивать оперативную программную  адаптацию систем управления  к типу исполнительного двигателя, типам датчиков обратной связи, структуре силовой части и структуре системы управления.

    4. Реализовывать самые перспективные  алгоритмы управления, вплоть до  векторного бесдатчикового управления и прямого управления моментом.

    5. Разрабатывать новые типы приводов, в частности, с вентильно-индукторными Двигателями.