~6 (Выборочные ответы к государственному экзамену факультета ВМС специальности 2201)

Билет №14 вопрос №1

Управляющие микро-ЭВМ и промышленные контроллеры

Под управлением понимают целенаправленное воздействие на объект, в результате которого он переходит в требуемое состояние. Объектом будем называть ту часть окружающей среды, на которую можно воздействовать с определенной целью. Состояние Y объекта можно описать параметрами, характеризующими его в каждый момент времени. Объект управления существует не просто сам по себе, а в окружающей его среде, которая постоянно воздействует на его состояние. Эти воздействия окружающей среды можно разделить на три группы 1) Объективно существующие и наблюдаемые (вход объекта Х). 2) управляющие воздействия, с помощью которых происходит управление объектом (управляющий вход U₀) 3) возмущения Е (не измеряемые параметры среды, и всякого рода случайные изменения объекта). Управляющие воздействия обьекта U₀ подаются на объект с определенной целью. Цель управления – это требуемое состояние или последовательность состояний объекта во времени. Если цель сформулирована иначе, то ее надо перевести на язык состояний объекта управления. Использование микроЭВМ в системах управления имеет ряд особенностей по сравнении с использованием ее в качестве универсальной микроЭВМ. Универсальные микроЭВМ, предназначенные для научно технических расчетов или обработки информации, ориентированны в первую очередь на взаимодействие с пользователем. Задача таких ЭВМ обрабатывать данные по запросу пользователя. Поэтому в универсальной микроЭВМ через блоки сопряжения подключаются блоки ввода вывода информации. (примеры) Основная же задача управляющей ЭВМ состоит в том, чтобы на основании информации, получаемой от датчиков, вычислить и передать на исполнительные механизмы управляющие воздействия. Как правило, управляющие микроЭВМ встраиваются в оборудование и настраиваются на конкретную область применения. Поэтому работают они уже по готовым программам, которые хранятся в ПЗУ. В состав управляющей микро ЭВМ обязательно входят контроллеры для приема данных от датчиков состояния среды и объекта, а также для передачи управляющих воздействий на исполнительные механизмы. В этих блоках данные преобразуются к форме, которую понимает микроЭВМ. МикроЭВМ работает сданными в цифровом виде, датчики выдают ее в аналоговом, следовательно, требуется двустороннее цифроаналоговое преобразование, при котором каждому измеренному значению соответствует определенный цифровой код, с которым и работает микроЭВМ. Отличительной особенностью работы управляющих микроЭВМ является выполнение ими всех операций в реальном масштабе времени. Термин реальное время используют в тех случаях, когда требуется оперативно реагировать на входные сигналы, причем задержка реакций должна быть конечной и не превышать определенного значения. В различных приложениях этот термин определяется по-разному. В управляющих микроЭВМ вычисление управляющих воздействий за время, больше требуемого, приравнивается к получению неправильного результата, так как ЭВМ должна оперативно управлять объектом. При работе микроЭВМ в составе системы управления можно решать следующие задачи:

• Принимать информацию от датчиков о состоянии окружающей среды объекта.

• Расчитывать в реальном времени управляющие воздействия и передавать их на исполнительные механизмы

• Отображать информацию о текущем состоянии системы оператору на дисплее

• Принимать и обрабатывать команды оператора по изменению условий процесса управления.

• Передавать и принимать информацию от других микроЭВМ. Особенностью управляющих микроЭВМ можно считать повышенное требование к надежности программного обеспечения, так как отказ может привести к серьезным последствиям в работе реальных устройств.

Рассмотрим структуру микропроцессорной системы управления. Устройство управления в данной системе включает в себя управляющую микроЭВМ, но в общем случае может содержать вычислительную систему. Алгоритмы управления реализованы в виде программ, хранящихся в памяти ЭВМ. Интерфейсные блоки предназначены для связи с объектом управления (главными и вспомогательными приводами и электроавтоматикой станка) и периферийным оборудованием; пульт оператора для выдачи команд в микроЭВМ на специальном языке. Измерительные контроллеры преобразуют и выдают в микроЭВМ в цифровом виде показания датчиков о состоянии объекта и среды. В состав интерфейсных блоков связи и контроллеров могут входить микропроцессоры, в этом случае процессор освобождается от рутинных функций по вводу/выводу и предварительной обработки информации.

При построении систем управления сложными объектами такой объект разбивается на части и строится система управления аналогичная этой, затем соединяется через центральную ЭВМ.

Д
ля управления внешними устройствами приходится выполнять на микроЭВМ сложную последовательность действий, связанных с проверкой различных условий и передачей данных. Задачи передачи данных требуют быстрого выполнения логических операций в многократно выполняющихся алгоритмах, не меняющихся в процессе работы. Наиболее эффективно в качестве аппаратной реализации таких алгоритмов использовать микроконтроллеры – спец. управляющие микро ЭВМ, которые работают в реальном масштабе времени по некоторым фиксированным рабочим программам, размешенных в ПЗУ. Использование микроконтроллеров для управления внешними устройствами разгружает центральный процессор микроЭВМ от излишне детального управления. Наиболее распространены микроконтроллеры трех типов.1) Ориентированные на реализацию алгоритмов логического типа и предназначенные для замены релейных и логических схем электроавтоматики командоппаратов. 2) ориентированные на реализацию алгоритмов автоматического регулирования аналоговых и аналого-дискретных технологических процессов и предназначенные для замены различных аналоговых и цифровых регуляторов. 3) Ориентированные на реализацию спец. алгоритмов управления и предназнач. для управления игровыми автоматами, светофорами и т.д.