Часть1 (Рябов В.Т. - Комплексная разработка механических, электронных и программных компонентов ТО), страница 8

1.17 представлен промышленРис. 1.17.ный компьютер в конструктиве «рабочаястанция», когда все средства ввода-вывода, обработки и визуализации информации объединены в одном корпусе.26Достаточно сложно провести четкую грань между ПЛК высокого уровня сложности иПК. Главным отличием ПЛК является наличие специальной системной шины и заложенная вбазовое программное обеспечение способность работать в жестком реальном времени,в то время как, для работы промышленногокомпьютера в жестком реальном времениследует применять специальное программноеобеспечение.Далее мы будем подробно изучать отдельные виды ПК, однако уже сейчас, в общем обзоре следует выделить так называемые встраиваемые ПК, отличающиеся отупомянутых выше типовых ПК компактностью, повышенной надежностью, жесткимиРис.

1.18.требованиями к условиям эксплуатации. Типовая плата вычислительного ядра в форматеMicroPC приведена на рис. 1.18. На этой плате интегрировано практически все необходимое для полноценной работы: твердотельные flesh-диски, видеоконтроллер, портыРис. 1.18.клавиатуры, Ethernet, жестких дисков, последовательных каналов и т.д.Средства распределенного сбора данных иМК1МК2управления ориентированы на применение в САУ,охватывающих большие площади. Состоят из согласоа)ванных между собой блоков ввода-вывода, устройствМК1.1МК1.3.1аналоговой обработки информации и нормализациисигналов датчиков, программируемых логическихконтроллеров, способных выполнять функции локальМК1.2МК1.3.2МК1ных и узловых контроллеров.

Все это охвачено единойсетью, едиными средствами программирования.МК1.3.3МК1.3Далее мы более подробно остановимся наб)аспектах выбора и особенностях серийно выпускаемых контроллеров.Сеть, положенная в основу САУ можетМК1МК2МКиметь различную организацию и архитектуру. Поспособу объединения абонентов сети бывают радиальные, когда по линии связи могут общаться тольМК(n)МК(n-1)МКко два абонента (рис. 1.19, а). Они могут общатьсямежду собой либо последовательно, посылая сообв)щение, затем ответ (полудуплексный режим), либона линиях связи могут одновременно присутствовать посылки в обеих направлениях (дуплексныйрежим).

Отдельный цикл обмена (запрос – ответ,МК1МК2МК(n)транзакция) может инициироваться либо одним изабонентов (централизованное управление ведущийг)Рис. 1.19.– ведомый, master – slave), либо каждым из абонентов (децентрализованное управление доступом).27RS-232RS-232RS-232RS-232В радиально-кустовых сетях (рис. 1.19, б), в отличие от радиальных, сообщение междуабонентами организуется через ряд узлов, благодаря чему появляется, в отличие от радиальныхлиний, возможность адресации и связи различных абонентов сети. В таких сетях также возможен дуплексный режим связи и централизованное, либо децентрализованное управление.В кольцевых сетях (рис. 1.19, в) все абоненты замкнуты в кольцо.

Сообщение последовательно проходит по сети от одного абонента к другому. Здесь также возможен дуплексныйрежим связи и централизованное, либо децентрализованное управление.В магистральных сетях все абоненты подсоединены к одной линии связи (рис. 1.19, г).Здесь, как правило, дуплексный режим невозможен, но управление также может быть централизованным (master – slave), либо децентрализованным (сети с произвольным доступом).Каждый способ организации сети обладает своими преимуществами и недостатками.Наличие многих говорит об отсутствии наилучшего для различных условий применения. Радиальные сети наиболее просты. Практически каждый микроконтроллер обладает хотя быодним портом последовательного канала.

Но такие сети не дают возможности выбора абонентов. Радиально-кустовые сети дают возможность выбора, но требуют наличия в микроконтроллерах нескольких портов последовательных каналов. Кольцевые сети часто применяют в системах, объединяющих большое количество одинаковых устройств, но выход изстроя одного из контроллеров, если не приняты специальные меры, ведет к разрыву сети.

Магистральные сети гибки с точки зрения выбора абонента, способны «на лету» проводить подключение и отключения абонентов, но протоколы (правила обмена, см. раздел 1.5.) работытаких сетей сложнее. Реальные управляющие сети строятся, как комбинация описанных здесьспособов соединения и организации обмена.На рис. 1.20 показана структура управляющей сети установки диффузионной сварки всверхвысоком вакууме. Техпроцесс включает откачку камеры до сверхвысокого вакуума, ступенчатый нагрев образцов до требуемой темРППТпературы с учетом того,ДУ АКMчтобы газовыделение изШИМних не приводило к выЭПАКходу давления за устаДУАКновленныепределы.ВАКTРКППосле чего следует сжаПКтие свариваемых элементов строго заданнымУСОДУМониторво времени усилием,выдержка и ступенчатоеМК1МК2МК3охлаждение.ДКЭтоосновныецелевые функции техСистемный блокнологии.

Помимо ос2I Cновных, на САУ возлоСКжены сервисные функМК4циипо отображениюСМКсостоянияпроцесса,К сети Ethernetсигнализациио выходеРис. 1.20.параметров за установленные допуски и отработки аварийных ситуаций, ведения трендов процесса (непрерывнаязапись параметров и их архивирование).

Функциями коррекции цели является перепрограммирование процесса в диалоговом режиме.28В системе управления можно выделить три основных модуля. На промышленный компьютер ПК, являющийся в сети центральным, возложены сервисные функции по отображению состояния процесса, сигнализации о выходе параметров за установленные допуски, ведению трендов процесса и функции коррекции цели. Для этого он имеет монитор, клавиатуруи жесткие диски для хранения и архивации трендов.При составлении, управляющая программа формируется в виде текстового файла, содержащего информацию по ведению и взаимодействию основных процессов технологии.Оператор может составлять листинг заново в диалоговом режиме, либо непосредственно редактировать текстовый файл в редакторе. Работает промышленный компьютер под управлением универсальной операционной системы, например Windows XP и имеет сетевой адаптери выход в сеть Ethernet для связи с системой управления высшего уровня, например цеховойсистемой.

По сети можно скачивать тренды процессов, получать доступ к цеховой базе данных и задания на обработку очередных деталей и т.п.С помощью канала RS-232, подключенного к одному из COM-портов промышленногокомпьютера управляющая программа в упакованном виде передается в специальный микроконтроллер СМК, поддерживающий выполнение целевых функций САУ. По сути, это узловой контроллер. СМК содержит на печатной плате четыре микроконтроллера МК1..МК4,объединенных сетью I2C. Это магистральная сеть с распределенным управлением. Микроконтроллер МК4 выполнен на базе однокристального микроконтроллера серии MCS-51 (см.раздел 3). В его функции входит связь с промышленным компьютером и координация работычетырех основных процессов технологии: откачки, нагрева и сжатия свариваемых образцов.Однокристальный микроконтроллер МК1 семейства PIC управляет работой вакуумнойсистемы и ведет процесс высоковакуумной откачки.

Своими сигналами дискретного управления он включает и выключает соответствующие вакуумные насосы и управляет электромагнитными клапанами. Линии дискретного контроля сигнализируют о состоянии клапанов инасосов. Выдаются эти сигналы на линии связи через смонтированное на той же плате устройство связи с объектом УСО.

С помощью канала RS-232 МК1 связан с многофункциональным вакуумметром ВАК, позволяющим контролировать давление на различных участках вакуумной системы.МК2 (серии PIC-18) управляет процессом нагрева. По линии ДК выдается сигнал навключение нагревателя. Управляет нагревателем локальный регулятор ТР. Он измеряет температуру объекта по линии АК, сравнивает сигнал с уставкой, хранящейся в его памяти, по рассогласованию уставки и фактической температуры вырабатывает управляющее воздействие ивыдает его на блок питания нагревателя. Рассчитывается управляющий сигнал по пропорционально-интегрально-дифференциальному (ПИД) закону.

Выдается он на блок питания нагревателя в виде широтно-модулированного сигнала. Мощность на нагревателе задается отношением времени включения к периоду широтно-модулированного сигнала (см. раздел 2.2 ).Уставка на локальный регулятор ТР выдается по каналу RS-232 от МК2, в памяти которого хранится график процесса нагрева. Как хранить этот график? Обычно он разбиваетсяна ряд линейных участков. В памяти микроконтроллера хранится температура окончанияучастка ТО, его длительность tO и период обновления уставки h. Период обновления выбирается настолько большим, чтобы выдаваемая на регулятор уставка была каждый раз различной, и настолько малым, чтобы отклонение фактического графика температуры от директивного лежало в пределах, заданных требованиями к точности ведения процесса.

Обычно этувеличину, как и параметры ПИД закона, заложенного в регулятор ТР, уточняют при отладкепрограммного обеспечения.МК3 (серии PIC-18) управляет процессом нагружения свариваемых деталей. Процессреализуется регулируемым приводом постоянного тока РППТ, который представляет из себя29скомплектованный привод, включающий электродвигатель М со встроенным безлюфтовымредуктором и контроллер КП. По последовательному каналу можно выставлять команды, покоторым РППТ обеспечивает заданную скорость вращения с сохранением крутящего момента в требуемом диапазоне скоростей.