Часть1 (Рябов В.Т. - Комплексная разработка механических, электронных и программных компонентов ТО), страница 2

В.1. это отраженов виде рекурсии, когда структура технологической машины многократно отображена вструктуре исполнительного механизма.Рябов Владимир Тимофеевич. Кафедра «Электронные технологии в машиностроении»МГТУ им. Н. Э. Баумана, V_Ryabov@mail.ru5Рис. В.1. Состав технологической машины.Соединены между собой и взаимодействуют подсистемы и элементы машины через материальные, энергетические и информационные потоки. Для каждого элемента илиподсистемы можно выделить: целевой интерфейс, определяющий его назначение и способ взаимодействия в системе; механический интерфейс, определяющий расположение,крепление и подключение элемента к материальным потокам; энергетический интерфейс, определяющий виды и характеристики и правила взаимодействия питающих его потоков энергии; информационный интерфейс, определяющий виды, характеристики иправила (протоколы) обмена информацией на различных функциональных уровнях.Определить элемент или подсистему технологической машины и сформулироватьчеткое техническое задание на его дальнейшую проработку - значит полностью определить его целевой, механический, энергетический и информационный интерфейсы.Таким образом, все три подсистемы технологической машины оказываются распределенными по ряду иерархических уровней и обрабатывают материальные потоки, потоки энергии и информации, как между отдельными исполнительными механизмами, таки внутри них.Информация, снимаемая с датчиков, характеризующих состояние объекта и технологического процесса, может быть представлена в дискретном (чаще всего двоичном) ианалоговом виде, аналогично и представление управляющей информации.В соответствии с этим для связи с объектом управления необходимо иметь 4 видасигналов: дискретное управление и дискретный контроль (ДУ и ДК) и аналоговоеуправление и аналоговый контроль (АУ и АК).

Кроме того, для обмена между микроконтроллерами, как внутри объекта, так и для внешнего обмена с цеховыми системамиуправления и иными информационными системами, необходим обмен по последовательным каналам связи.При аналоговом представлении информация непосредственно «зашита» в значенииконтролируемого или выдаваемого на объект управления сигнала (напряжения или тока),например, напряжение с датчика давления 3,45В. Это напряжение, исходя из характериРябов Владимир Тимофеевич. Кафедра «Электронные технологии в машиностроении»МГТУ им. Н. Э.

Баумана, V_Ryabov@mail.ru6стики датчика, легко может быть преобразовано в соответствующее значение давления.Например, характеристика типового датчика давления имеет вид:U = −0,6 + 0,05P,где U – выходное напряжение датчика в вольтах, Р – давление в килопаскалях.При дискретном кодировании во внимание принимается соотношение рассматриваемой величины и нескольких порогов сравнения. При двоичном кодировании порогсравнения один и информация может приобретать два значения «0» или «1». Ноль, есливеличина меньше порога, единица, если больше.

Широкое применение в вычислительнойтехнике получили сигналы ТТЛ- уровня (уровня Транзисторно-Транзисторной Логики),при этом сигнал считается нулем, если его напряжение менее Uс>0,8В и единицей, еслиUс >2,2. В диапазоне от 0,8 до 2,2В сигналов быть не должно, что повышает надежностьих распознавания.Единица информации в дискретном представлении - 1 Бит - это сообщение о томпроизошло или нет одно из двух равновероятных событий.Функции системы автоматического управления можно разделить на три класса: основные целевые функции, сервисные функции и функции коррекции цели.Основные целевые функции предназначены для управления технологическим процессом в соответствии с предписанной директивной технологией.

Эта технология может быть задана на разных уровнях: от жестокого описания поведения объекта в пространстве состояний его параметров до указания цели функционирования. При этом система сама выбирает оптимальную траекторию за счет заложенных в нее правил (алгоритма) или даже оптимизирует эти правила за счет накопления и анализа опыта работы.Для реализации целевой функции система должна принимать с объекта необходимуюинформацию, рассчитывать и выдавать на него управляющие сигналы.Сервисные функции направлены на наилучшую организацию выполнения целевыхфункций за счет поддержания безотказности, ремонтопригодности и долговечности машины. Микропроцессорные САУ имеют очень широкие возможности по реализации сервисных функций. Именно этот класс функций подчас существенно определяет эффективность оборудования.

Известны следующие примеры сервисных функций: автоматическоерезервирование; предотвращение катастрофических последствий отказов и повышениеремонтопригодности; диагностика и предсказание отказов, отслеживание остаточногоресурса механизмов; защита от программных и аппаратных сбоев САУ и др.Система управления должна эффективно поддерживать работоспособность оборудования. Например, в сверхвысоковакуумных откачных установках при отказе основноговакуумметра САУ автоматически переходит на управление от резервного.

Если и он откажет, могут использоваться альтернативные источники информации о давлении в системе, например, значение тока разряда магниторазрядного насоса.Функции коррекции цели предназначены для изменения алгоритма работы САУна уровне технолога или оператора и должны иметь логичный и дружественный интерфейс, поскольку во многом определяют возможности адаптации машины к условиям конкретного пользователя и удобство работы на ней.Функции САУ укрупнено определяют цель действий, отвечают на вопрос – чтодолжна делать машина, не конкретизируя, как это делать.

Для реализации каждой изфункций предусматривается ряд параллельно протекающих последовательных процессов.В последующих разделах курса мы вернемся к детальному рассмотрению отдельныхфункций САУ.Концепции последовательной и параллельной проработки компонентов технологической машины.

В разработке современной технологической машины принимаютучастие три группы специалистов: инженеры механики, разрабатывающие машину в целом и ее целевые механизмы, инженеры электрики и электронщики, разрабатывающиесистему энергообеспечения и аппаратную часть системы управления и инженеры программисты, разрабатывающие программное обеспечение.Рябов Владимир Тимофеевич.

Кафедра «Электронные технологии в машиностроении»МГТУ им. Н. Э. Баумана, V_Ryabov@mail.ru7Исходя из заданной технологии, в большинстве случаев первоначально создаютсямеханические компоненты машины – исполнительные механизмы, затем система управления и, наконец, ее программное обеспечение. Таким образом, сложилась цепочка: технология - механические компоненты - аппаратная часть системы управления - программное обеспечение. Обратные связи в этой последовательности, как правило, реализуютсяслабо.

Если разработчик аппаратной части системы управления и может в какой-то степени повлиять на концепцию построения механических компонент машины, конструкциюотдельных механизмов, то ожидать влияния программиста практически не приходится.Для успешной реализации такой цепочки закладывают избыточность в механизмы,а затем и в аппаратную часть системы управления. Программы же, созданные для практически готовой машины, никогда не будут оптимальными, потеряют в краткости, надежности и быстродействии, что, в свою очередь, потребует избыточности аппаратной части.Одновременное согласованное проектирование механических, электронных и программных компонентов, исходя из заложенных в оборудование процессов, устраняет ихизбыточность, не реализованную в параметрах машины, а также позволяет сократитьсроки разработки. Появляется возможность обоснованно выбрать и распределить функцииразличных компонентов машины, ввести помимо ее основной функции - реализации заданной технологии - ряд дополнительных, обеспечивающих ее безотказность, ремонтопригодность, надлежащую гибкость и др.Кроме того, исходя из процессов, намеченных для реализации выбранных целей,можно будет разделить машину на функционально законченные автономные элементы сединым механическим, энергетическим и информационным интерфейсом, что позволитотлаживать и проверять их отдельно, т.е.

ускорить разработку.Механические, электронные и программные компоненты сообща достигают поставленной цели, реализуя предписанный набор процессов в каждом из трех видов ресурсов (система исполнительных механизмов, система их энергообеспечения и системауправления). На фоне общего технического прогресса явно выражена тенденция интенсификации применения и усложнения программного обеспечения, затем аппаратного оснащения (ресурсов) систем управления, систем энергообеспечения и, наконец, целевых механизмов.

Важно еще на ранних стадиях проектирования рационально распределитьфункции между ресурсами различного рода и сформулировать четкие технические задания на них, чтобы повысить качество, распараллелить работу и ускорить ее окончание.Это концепция параллельной проработки компонентов машины в противовес еще распространенной до настоящего времени концепции последовательной проработки, когдасначала разрабатывается система целевых механизмов, затем система их энергообеспечения, ресурсы системы управления и лишь на последней стадии, когда машина практически готова, разрабатывается ее программное обеспечение.Ресурсная и процессная модели технологической машины.

Ресурсы во многом,но не целиком, определяют протекающие в системе процессы. Потому графическое отображение взаимосвязи элементов системы через материальные, энергетические и информационные потоки (ресурсная модель системы, ее структура) должно дополняться описаниемне только процессов, протекающих в каждом из ее элементов, но и описанием взаимодействия этих элементов внутри структуры (процессная модель системы). Причем, чем сложнее игибче структура, тем большее значение в ее описании приобретает процессная модель.Например, в вычислительной машине используется шинная архитектура ресурсов,связи являются гибкими и микропроцессор может взаимодействовать с каждым элементом структуры.

Без четкого указания программного обеспечения (т.е. задания процессноймодели) нельзя сказать, что в настоящий момент делает Ваш компьютер.Ресурсная модель, согласно Единой Системе Технологической Подготовки Производства постоянно уточняется при разработке машины. Начиная с технического предложения, ресурсная модель проходит стадии эскизного, технического и рабочего проекта изавершается рабочими чертежами и программами обработки отдельных деталей.Рябов Владимир Тимофеевич. Кафедра «Электронные технологии в машиностроении»МГТУ им.