Рябов В.Т. - Функции, структура и элементная база систем автоматического управления, страница 12

Помимо критериев начала и окончания, каждый поток характеризуется управляющи-

ми, управляемыми и контролируемыми переменными.

Управляемая переменная характеризует качество ведения процесса. В нашем примере диффузионной сварки управляемой переменной процесса или потока нагрева является тем-пература изделия. Эта переменная в кванте управления процессом представлена значением Tf в формате реального числа.

Управляющей переменной, определяющей мощность, выделяющуюся на нагревателе печи, является значение Up, рассчитанное в процедуре закона регулирования PID(T,Tf,Tint,Tdif) в зависимости от требуемой температуры Т, или уставки, фактической температуры Tf и постоянных интегрирования Tint (задержки) и дифференцирования Tdif (опережения). Из курса «Управление в технических системах» вы должны знать, чем опреде-лены и как выбираются эти параметры.

В нашем примере управляемую переменную, определяющую качество процесса можно непосредственно контролировать, поэтому температура Tf является одновременно и контро-лируемой переменной. Ее значение формируется функцией control(Тemp), которая преобразует

34

нормированный аналоговый сигнал с термопары, расположенной вблизи зоны сварки, в дис-кретный вид. При этом сигнал с термопары фильтруется (очищается от помех). Как это делает-ся, мы будем рассматривать далее гл.2.

Кванты потоков, используемых в САУ разделяют на синхрокванты, запускаемые или перезапускаемые по времени, как в рассмотренном ранее примере программы нагрева и кван-

ты, запускаемые внешними событиями - интеркванты. Эти внешние по отношению к управляющей программе события происходят, например, при нажатии на какую-либо кнопку управления на пульте, при срабатывании конечных выключателей и т.п. Из курса вакуумной техники вы знаете, что есть так называемые блокировочные вакуумметры, которые выдают дискретный сигнал, если давление превзойдет или опустится ниже некоторого заранее уста-новленного уровня, причем, таких уровней может быть несколько. Это также будет внешнее событие. О наступлении внешнего события системе управления обычно сообщает прерывание.

Диспетчер процессов или задач, являющийся неотъемлемой частью программного со-временных САУ, следит за очередностью исполнения квантов потоков. При возникновении внешнего системного события он через прерывание узнает об этом и ставит в очередь на ис-полнение связанный с этим событием интерквант.

Описанное деление программного обеспечения на процессы, потоки и кванты заложе-но во все современные средства разработки и поддержки исполнения управляющей програм-мы, но имеет свои особенности в каждой конкретной системе. Это часто приводит к терми-нологическим проблемам. Так, в среде программирования CoDeSys, построенной в соответ-ствии с международным стандартом МЭК 61131-3 рассмотренный нами квант определен как задача. Задача имеет название, приоритет и тип. Тип определяет условие вызова задачи на исполнение. Тип задачи cyclic определяет ее как синхроквант, тип triggered by external event –

как интерквант.

Диспетчер

В некоторых системах кванты, запускаемые

Внешнее

процессов

внешними событиями, разделяют на экстракванты,

Экстраквант

запускаемые по возникновению прерывания, не ожи-

событие

На исполнение

дая завершения выполняемого кванта, и обычные

интеркванты, которые ставятся в очередь диспет-

Оператор

квантов

чером процессов с установленным приоритетом и за-

Синхроквант

пускаются в порядке очереди. Рис. 1. 23 иллюстриру-

программы

ет способы запуска синхро, интер и экстраквантов на

Квант

исполнение.

Очередь

Внешнее

Широкое использование экстраквантов при

Интерквант

разработке управляющих программ снижает предска-

событие

зуемость их поведения и вероятность успешного и

быстрого восстановления управляющей программы

Рис. 1. 23.

при программных сбоях. Повышается и трудоемкость

отладки программного обеспечения.

Если разбивать код управляющей программы на достаточно короткие кванты (около миллисекунды), задержка реакции на запуск интеркванта будет также в этих пределах, чего вполне достаточно для большинства ситуаций в технологическом оборудовании, поэтому экстракванты используют обычно в чрезвычайных аварийных ситуациях, например, при об-наружении пропадания питания на микроконтроллере. Мы при рассмотрении супервизорных схем рассмотрим реакцию на такие ситуации.

Внутри квантов пользователя содержатся основные элементарные утилиты взаимодей-ствия с объектом по выявлению его состояния:

ДК – дискретный контроль состояния элементов объекта; АК - аналоговый контроль состояния элементов объекта.

Рис. 1. 24

C

OE

C

OE

ДУ3 ДУ4

ДК3 ДК4

ДК2

ДУ2

ДК1

ДУ1

RG1 Q

0

1

2

3

4

5

6

7

D

0

1

2

3

4

5

6

7

RG2 ^Q 0 1 2 3 4 5 6 7

D

0

1

2

3

4

5

6

7

Шина микроконтроллера

35

Либо утилиты по изменению состояния объекта управления:

ДУ – дискретное управление элементами объекта (включить или выключить при-

вод, клапан и т.п.);

АУ – аналоговое управление элементами объекта (подать управляющее напряжение заданной величины на регулятор нагревателя, на блок управления двигателем постоянного тока или управления асинхронным трехфазным двигателем и т.п.).

Через операции ДУ, ДК, АУ и АК и осуществляется взаимодействие системы управле-ния и управляемого объекта. Они и являются интерфейсом, между ними. Определимся , что же такое операции контроля и управления, события или действия? Начало, либо конец опе-рации – событие, сама операция – действие. Так, операция аналогового контроля, когда мик-роконтроллер получает дискретный код контролируемого аналогового сигнала объекта, про-водится с помощью аналогово-цифрового преобразователя (АЦП). Длится она заметное вре-мя, около 10 мкс. Здесь будет два события, начало преобразования «старт АЦП», оно ини-циирует процесс преобразования, а после его завершения произойдет событие «конец преоб-разования» и результат будет считан в программе управления.

Операции дискретного контроля ДК бывают с программной и аппаратной инициализа-цией. При программной инициализации контроль проводится по инициативе программного обеспечения. При аппаратной инициализации изменение состояния объекта контроля фикси-руется через прерывания. Тогда событие, заключающееся в изменении его состояния, стано-вится системным. Оно сможет запустить интерквант, в теле которого можно будет описать реакцию на это событие.