Comanda MPP implementată pe calculator

INTRODUCERE

Apariţia microprocesoarelor, microcontrolerelor şi a calculatoarelor personale a deschis noi posibilităţi controlului şi comenzii in timp real a acţionărilor electrice cu motoare pas cu pas. Prin utilizarea acestora, tehnologia acţionărilor cu MPP a făcut un mare pas inainte. Principala direcţie a cercetărilor actuale o constituie îmbunătăţirea comenzii acţionarilor prin încorporarea „inteligenţei“. Introducerea ei în comanda acţionărilor cu MPP permite implementarea în timp real a unor algoritmi sofisticaţi de reglare avându-se în vedere obţinerea unor performanţe dinamice superioare chiar în prezenţa variaţiei parametrilor şi sarcinii, situaţii care apar in mod frecvent în aplicaţiile industriale complexe.

Prin introducerea „inteligenţei“ in comanda acţionărilor electrice cu MPP, aceasta va prelua anumite funcţii complexe efectuate manual de către factorul uman. În prezent, chiar şi în acţionările electrice de înaltă tehnologie, există operatori care trebuie să facă anumite reglări ale echipamentului de comandă, în acelaşi timp fiind necesare vizite periodice din partea personalului de întreţinere pentru verificarea funcţionării corecte a echipamentului mecanic şi electric. Scopul introducerii „inteligenţei“ în sistemele de acţionare electrică este preluarea acestor sarcini, inclusiv a celor de supraveghere de către microcalculator, microprocesor sau microcontroler, care funcţionează în mod continuu şi care pot răspunde oricărei modificări. Aceste sisteme nu numai că primesc informaţii din proces dar totodată au capacitatea de a lua anumite decizii pe baza informaţiilor primite şi de a iniţia acţiuni noi.

Din punctul de vedere al modului de prelucrare a informaţiei binare se deosebesc două clase de sisteme logice: cablate, respectiv programate. Sistemele logice cablate prelucreaza informaţia exclusiv la nivel de bit, rezultatul prelucrării fiind direct legat de structura sa fizică sau legăturile existente între circuitele logice componente, adică de cablajul existent. Sistemele logice programate prelucrează informaţia la nivel de cuvânt stocat într-o memorie.

Faţă de sistemele cablate, cele programate sunt conceptual diferite pentru a reduce dependenţa funcţiunilor sistemului de tipul componentelor şi de legăturile existente între acestea, în favoarea dependenţei de conţinutul unei memorii. Logica programată cuprinde diferite nivele de complexitate. Dacă accesul utilizatorului la memoria program este intermediata de un limbaj de nivel inferior, în conformitate cu codurile alese de proiectant sau impuse de fabricantul de sistem, avem de-a face cu o microprogramare, iar sistemele logice pe care se aplica acestea se numesc sisteme microprogramate. Caracteristic sistemelor microprogramate este faptul că programarea unei aplicaţii nu se poate separa de cunoaşterea structurii fizice a sistemului (arhitectura interna) şi de partea de legatură cu procesul (interfaţa). Din acest motiv microprogramarea, sau logica microprogramată, implică cunoştinţe de circuite logice (hardware) si de programare (software). Dacă programarea depăşeşte nivelul inferior, efectuându-se cu limbaj de nivel inalt, utilizatorul se îndepartează de structura sistemului logic (partea hardware), întrand în domeniul clasic al programării calculatoarelor (partea software). Alegerea între logica de cablaj, logica programată si nivelul ei trebuie să aibă în vedere tipul, complexitatea aplicaţiei şi viteza de execuţie.

Factorul complexitate trebuie interpretat în special în sensul volumului de proiectare si al cantitaţii de cablaj care rezultă.

Viteza de execuţie intra în discuţie când procesul de condus este foarte rapid (are constante de timp foarte mici, specific acţionărilor electrice). Circuitele logice cablate cu componente TTL, de exemplu, sunt mult mai rapide in ceea ce priveşte execuţia unui algoritm de comandă decât sistemele programate. Factorul viteza de execuţie este contraargumentul logicii cablate faţă de complexitatea implementarii. In aplicaţii complexe care reclama şi viteza mare de execuţie, se poate lua in discuţie o implementare combinată, în care partea programată rezolvă problemele de logică complexă prin soft, iar partea cablată rezolvă problemele care necesită timp de raspuns foarte rapid : achiziţia şi filtrarea datelor, conversii de cod, etc. şi care implică şi hardul adiţional. În concluzie, un sistem de conducere în logica programată este delimitat de structurile cablate, pe de o parte, şi de sistemele consacrate de calcul numeric (calculatoarele), pe de altă parte.

In aceste condiţii, alegerea alternativei utilizării microcalculatorului apare justificată şi oportună din urmatoarele considerente fundamentale:

 motorul pas cu pas permite interfaţarea directă la microprocesor (microcalculator) datorită structurii sale de convertor numeric analogic (impuls de comandă – pas de deplasare);

 microprocesorul asigură realizarea simplă prin software a algoritmilor de comandă a motorului pas cu pas, cu un necesar minimal de hardware;

 sistemul cu microprocesor are o remarcabilă flexibilitate conferită de posibilitatea modificării secvenţei de lucru, în funcţie de aplicaţia concretă, fără schimbări în structura standard a hardware-ului;

 implementarea sistemului cu microprocesor se face uşor şi rapid;

 raportul performanţă/preţ de cost al unui asemenea sistem de poziţionare este deosebit de favorabil.

Utilizarea sistemelor cu microprocesor în domeniul acţionărilor electrice cu motoare pas cu pas se justifică nu numai din punct de vedere al complexităţii operaţiilor şi comenzilor necesare ci şi dintr-o serie de alţi factori cum sunt:

 micşorarea timpului de răspuns a circuitelor de comandă, întrucât viteza de lucru a microprocesorului permite acest fapt şi realizarea de circuite de acţionare rapide;

 creşterea preciziei şi siguranţei de lucru, prin folosirea unui sistem de calcul ca circuit de comandă;

 flexibilitatea – posibilitatea extinderii numărului de elemente controlate, a efectuării de modificări sau corecţii asupra funcţiei de comandă prin simpla schimbare a unui program şi menţinerea neschimbată a structurii hardware;

 interfaţarea mult mai uşoară cu semnale numerice;

 asigurarea operaţiilor de diagnosticare a funcţionării echipamentului (se pot include şi programe de test şi autodepanare) graţie controlului prefuncţional în cazul unor mărimi importante;

 reducerea numărului de componente din circuitele de comandă, în situaţia în care preţul de cost al circuitelor integrate VLSI a scăzut simţitor;

 îmbunătăţirea fiabilităţii şi asigurarea unei mai bune insensibilităţi la perturbaţii pentru circuitele de comandă;

 scăderea consumului de energie;

 implementarea unor algoritmi evoluaţi de reglare şi conducere numerică.