ЭЛЕКТРОПРИВОДА МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ

ЭЛЕМЕНТЫ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

Системы управления преобразователями и регулирования электроприводов состоят из элементов различных типов. .В элек­троприводах с полупроводниковыми преобразователями, выпущен­ных ранее, использовались обычные компоненты (транзисторы, диоды, резисторы, конденсаторы и т. д.), а также логические бес­контактные элементы. В последние годы широко применяют инте­гральные микросхемы — цифровые и аналоговые.

Выходные сигналы цифровых микросхем могут принимать только одно из двух значений; одно значение соответствует со­стоянию «Включено», другое — «Выключено». Наиболее широко используют элементы потенциального типа. Их сигналы, как пра­вило, могут иметь высокий или низкий уровни потенциала напря­жения. Высокий уровень обычно обозначается 1 («Включено»), а низкий — 0 («Выключено»). Потенциалы выходного напряжения элементов потенциального типа изменяются только в моменты переключения состояния схемы управления. Известны, кроме того, импульсные схемы, которые переключаются при поступлении на их вход импульса.

Цифровые элементы делят на комбинационные, последова­тельные, элементы задержки; Я релейные выходные усилители, Выходные сигналы (функции) комбинационных (логических) эле­ментов определяются только комбинацией входных сигналов (пе­ременных) в данный момеНт времени. Последовательные устрой­ства содержат элементы Памяти. Их выходные сигналы опреде­ляются не только комбинацией входных сигналов, но и их состоя­нием в предшествующие моменты времени. Аналоговые элементы характеризуются тем, что входные и выходные сигналы могут принимать любые непрерывные значения в заданных пределах.

Рассмотрим типовые схемы систем управления и регулирова­ния. Логические элементы соответствуют простым схемам щ электромагнитных реле, каждый логический элемент эквивален­тен какой-либо цепи, составленной из контактов реле. В послеД» нее время реле заменяются бесконтактными логическими элемен­тами. Они имеют один или несколько входов и, как правило, один выход (иногда кроме прямого выхода имеется инверсный выход, сигнал которого противоположен сигналу прямого). Если в цепи катушки реле включен замыкающий (нормально открытый) кон­такт другого реле, то перйое реле и его замыкающий контакт выполняют функцию повторения; логический элемент, реализую­щий эту функцию, называется повторителем. Если в цепи катушки реле имеются несколько параллельно соединенных замыкающих контактов, то реле включится, если будет замкнут или первый, или второй, или третий и т. п., соответственно выходной сигнал элемента примет значение 1, а реле и элемент реализуют функ­цию ИЛИ (логическое сложение).

Логический элемент, заменяющий реле с несколькими после­довательно включенными в его цепи замыкающими контактами, осуществляет функцию И. Реле включается - только тогда, когда замкнуты первый, второй и третий контакты и т. п., т. е. все контакты в цепи реле. Соответственно, если есть сигналы на пер­вом, втором и третьем входах и т. п. (т. е. на всех входах), только тогда на выходе элемента будет сигнал. Эту функцию называют также логическим умножением или схемой совпадения. Если в цепи катушки первого реле включен размыкающий (нормально закрытый) контакт другого реле, то эта цепь выполняет функцию НЕ (инверсии, отрицания). На выходе элемента НЕ нет сигнала, когда есть сигнал на его входе и наоборот.

Кроме указанных выше элементарных функций, часто исполь­зуются следующие функции. Размыкающий контакт реле, цепы включения катушки которого собрана по схеме И либо ИЛИ, вы­полняет функцию И — НЕ либо ИЛИ — НЕ. Известны элементы с более сложными логическими функциями. Обычно серии логи­ческих элементов включают несколько типовых элементов (мик­росхем), из которых можно построить более сложные схемы.

Серийные бесконтактные элементы имеют основные (базовые) универсальные элементы ИЛИ — НЕ (транзисторная серия Ло­гика-Т) или И — НЕ (интегральные микросхемы К155, К511).

В серии логических элементов входят, как правило, и триг геры. Триггеры соответствуют релейно-контактным схемам памя­ти, имеющим входы включения и выключения. Соответствующие входы триггеров называют запускающими (устанавливающими и сбрасывающими. Триггеры имеют прямые и инверсные выходы,

В серийных электроприводах ранее применяли транзисторные логические элементы Логики-Т (например, ПТЧКШ). В этой систе ме сигналы имеют отрицательный потенциал. На элементы по дается напряжение питания —12 или 24 В и напряжение смещения + 6 В. Логическая единица — отрицательное напряжение не ме нее 4 В, напряжение логического нуля не более —1 В. В сериіЗ Логика-Т входят следующие группы элементов: логические, на пример Т101 (ИЛИ —НЕ), Т107 (И); триггеры Т102 и ТЮЗ функциональные (Т202 и др.); элементы задержки и выдержка времени (ТЗОЗ); усилители (Т402 и Т403). Имеются специальны*, блоки питания элементов серии Логика-Т. Элементы серии Ло гика-Т конструктивно представляют собой схемы из раздельны* компонентов, помещенных в отдельные корпуса и залитые спе циальным составом.

Широко используют интегральные микросхемы, которые вы полняют по разным технологическим принципам. По одной из технологий предусматривается изготовление определенной функ циональной схемы: компонентов и соединений между ними на одном кристалле полупроводника. При этом обеспечиваются ма­лые массы и размеры, высокая надежность. В одном корпусе мо жет быть несколько микросхем (элементарных ячеек). В электро приводах станков получили применение в основном две серищ цифровых (дискретных) микросхем: К155 и К511.

Напряжение питания микросхем К155 равно +5 В. Логиче­ская единица — положительное напряжение не менее 2,4 В, а напряжение логического нуля не более 0,4 В. Серия К155 вклю­чает логические элементы И — НЕ на два входа (К155ЛАЗ—Л элемента в корпусе), три (К155ЛА4—3 элемента), четыре (К155ЛА1— 2 элемента) и восемь входов (К155ЛА2). Кроме то­го, имеются двухвходовые (К155ЛА8 — четыре элемента) и че­тырехвходовые (К155ЛА7 — два элемента) элементы с откры­тым коллектором (выходом). Элементы с открытым коллектором имеют большую выходную мощность, они обычно применяются в качестве выходных каскадов и могут питать соответствующую на­грузку. Между коллекторным выходом и питанием подсоединяется нагрузка или резистор. В серию входят триггеры К155ТВ и К155ТМ. Кроме того, серия содержит более сложные микросхе­мы: счетчики, дешифраторы и т. д.

Серия К511 отличается высокой помехоустойчивостью. Напря­жение питания составляет +15 В. Напряжение логической еди­ницы не менее 12 В, а логического нуля — не более 1,5 В. В се­рии имеются двух - (К511ЛА1 — четыре элемента), трех - (К511ЛА2 — три элемента) и четырехвходовые схемы И—НЕ (К511ЛАЗ — два элемента). Серия также содержит элементы И с открытым коллектором (К511ЛИ1). Для согласования с микро­схемами серий, имеющих напряжение питания 5 В, служат пре­образователи уровня К511ПУ1 (из высокого в низкий) и К511ПУ2 (из низкого в высокий). Кроме того, в эту серию входят триггер К511ТВ1, двоично-десятичный счетчик К511ИЕ1 и дешифратор К511ИД1.

В отличие от информации цифровых микросхем аналоговые микросхемы выдают информацию в виде непрерывных во времени (аналоговых) напряжений и токов как на входе, так и на выходе. Наиболее распространенными являются операционные усилители (ОУ) и компараторы. Применение этих элементов позволяет улуч­шить точностные, эксплуатационные и другие показатели систем управления электроприводами.

Основными показателями ОУ являются коэффициент усиления по напряжению (от 1000 до 100000), температурный дрейф напря­жения смещения нуля (5—50) мкВ-С®, напряжение питания, мак­симальная амплитуда выходного напряжения. ОУ имеют два вхо­да: прямой А и инверсный В. При подаче напряжения на прямой. вход полярность выходного напряжения соответствует полярности входного, при подаче напряжения на инверсный вход полярность напряжения на выходе противоположна полярности входного на­пряжения.

В связи с большим коэффициентом усиления на выходе ОУ может возникнуть генерация. Для предотвращения этого усили­тель охватывают цепями коррекции, состоящими из RC-элемен­тов. Если дрейф нуля превышает норму, ОУ необходимо балан­сировать. С этой целью на его вход подается напряжение сме­щения, обеспечивающее нуль на выходе при нуле на входе. На рис. 58, а показана схема включения ОУ, где R2, С1 — цепь кор­рекции, R6 — балансировочный потенциометр с резистором R5, R1 — резистор обратной связи, R3, R4 — входные резисторы. Питание (±Un) подается на ОУ от отдельного источника пи­тания.

В системах управления электроприводов постоянного тока, а также в приводах переменного тока и. вентильных электроприво­дах ОУ широко применяют в качестве устройств, обеспечиваю­щих функции усилителей, узлов, выполняющих математические операции, преобразователей напряжение — импульс, импульс —

напряжение и др., генераторов сигналов различной формы, ста­билизаторов напряжений, схем сравнения и т. д. На рис. 58, б приведены базовые схемы включения ОУ для выполнения опера­ций суммирования (1), интегрирования (2), дифференцирования (3), преобразования напряжения в импульсы (4), генератора пря­моугольных импульсов (5) и сравнения (6). Технические данные серийных ОУ приведены в табл. 5.