Гл1_06 (1031608), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Помимо основных, на САУ возложенысервисные функции по отображению состояния процесса, сигнализации о выходе параметровза установленные допуски и отработки аварийных ситуаций, ведения трендов процесса (неРябов Владимир Тимофеевич. Кафедра «Электронные технологии в машиностроении»МГТУ им. Н. Э. Баумана, V_Ryabov@mail.ru29RS-232RS-232RS-232RS-232прерывная запись параметров и их архивирование). Функциями коррекции цели является перепрограммирование процесса в диалоговом режиме.В системе управления можно выделить три основных модуля.
На промышленный компьютер ПК, являющийсяРППТв сети центральным, возДУ АКMложены сервисные функШИМции по отображению соЭПАКстояния процесса, сигнализациио выходе параДУАКВАКTРКПметров за установленныеПКдопуски, ведению трендов процесса и функцииУСОДУкоррекции цели. Для этоМониторго он имеет монитор,клавиатуру и жесткиеМК1МК2МК3диски для хранения и арДКхивации трендов.При составлении,Системный блокI2 Cуправляющая программаСКформируется в виде текстового файла, содержаМК4СМКщего информацию по веК сети Ethernetдению и взаимодействиюРис.
1.20.основных процессов технологии. Оператор может составлять листинг заново в диалоговом режиме, либо непосредственно редактировать текстовый файл в редакторе. Работает промышленный компьютер подуправлением универсальной операционной системы, например Windows XP и имеет сетевойадаптер и выход в сеть Ethernet для связи с системой управления высшего уровня, напримерцеховой системой. По сети можно скачивать тренды процессов, получать доступ к цеховойбазе 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 специализированныймикроконтроллер СМК, поддерживающий выполнение целевых функций САУ. По сути, этоузловой контроллер. Специализированный микроконтроллер содержит на печатной плате четыре микроконтроллера МК1 … МК4, объединенных сетью I2C.
Это магистральная сеть сраспределенным управлением, подробные сведения о ней приведены в разделе П1.1. 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 серии PIC (см. Приложение П1.2.) управляетработой вакуумной системы и ведет процесс высоковакуумной откачки.
Своими сигналамидискретного управления он включает и выключает соответствующие вакуумные насосы иуправляет электромагнитными клапанами. Линии дискретного контроля сигнализируют о состоянии клапанов и насосов. Выдаются эти сигналы на линии связи через смонтированное натой же плате устройство связи с объектом УСО. С помощью канала RS-232 МК1 связан смногофункциональным вакуумметром ВАК, позволяющим контролировать давление на различных участках вакуумной системы.Рябов Владимир Тимофеевич.
Кафедра «Электронные технологии в машиностроении»МГТУ им. Н. Э. Баумана, V_Ryabov@mail.ru30МК2 (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, порассогласованию уставки и фактической температуры вырабатывает управляющее воздействие и выдает его на блок питания нагревателя. Рассчитывается управляющий сигнал по пропорционально-интегрально-дифференциальному (ПИД) закону.
Выдается он на блок питаниянагревателя в виде широтно-модулированного сигнала. Мощность на нагревателе задаетсяотношением времени включения к периоду широтно-модулированного сигнала (см. раздел ).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 нагрева наданном участке.
Обычно эту величину, как и параметры ПИД закона, заложенного в регулятор ТР, уточняют при отладке программного обеспечения.МК3 (серии PIC-18) управляет процессом нагружения свариваемых деталей. Процессреализуется регулируемым приводом постоянного тока РППТ, который представляет из себяскомплектованный 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 моментав требуемом диапазоне скоростей. Микроконтроллер МК3 формирует такие команды, исходяиз заданного графика нагружения. По сути работа РППТ не отличается от работы локальногорегулятора ТР. Получив требуемое усилие сжатия в виде уставки от МК3, контроллер КП поПИД-закону регулирования формирует команды, должным образом модулирующие энергетические потоки, поступающие на двигатель. В качестве датчика обратной связи в этом локальном контуре регулирования используется датчик усилия, фиксирующий сжатие свариваемых образцов.Это далеко не единственный вариант структурной реализации аппаратного обеспечения САУ, который во многом определяет и структурную организацию программного обеспечения.
Структура САУ во многом определяется опытом и наработками ведущего разработчика. Здесь применен достаточно сложный оригинальный модуль СМК, включающий три однокристальных микроконтроллера серии PIC и микроконтроллер семейства MCS-51, объединенных локальной сетью I2C. Разработка такого контроллера и, особенно, оригинальногопрограммного обеспечения к нему – достаточно трудоемкая задача, взяться за решение которой может коллектив, имеющий опыт аналогичных разработок и средства программноаппаратной эмуляции для отладки программного обеспечения.Надежность САУ такой структуры целиком определяется надежностью работы СМК.Электронику часто в шутку называют наукой о плохих контактах и в этой шутке есть огромная доля правды. Объединение практически всего ядра САУ в одной плате, при ее грамотномисполнении, существенно повышает надежность системы.
Для защиты от помех по питаниюи программных сбоев МК здесь использованы супервизорные схемы и системы Watchdog, окоторых речь пойдет далее в гл. 3.3.Центральный контроллер на базе промышленного компьютера выполняет лишь сервисные функции и функции коррекции цели. Основную целевую функцию (выполнение заданного или директивного технологического процесса) ведут локальные микроконтроллеры.Рябов Владимир Тимофеевич. Кафедра «Электронные технологии в машиностроении»МГТУ им.
Н. Э. Баумана, V_Ryabov@mail.ru31С помощью центрального контроллера в диалоговом режиме программируется технологический процесс сварки и его параметры передаются локальным микроконтроллерам – этофункции коррекции цели.К сервисным функциям, обеспечивающим наилучшие условия для выполнения основных целевых относятся отображение состояния установки на мониторе, периодический контроль за работой модуля СМК, прием сообщений о состоянии локальных процессов и фиксация трендов процессов нагрева и нагружения на жестком диске.Программные сбои и зависания центрального контроллера, при условии их своевременного обнаружения и перезагрузи задачи управления с учетом текущего состояния, не критичны.
Ведь каждый из локальных микроконтроллеров знает свои задачиДругой вариант структуры САУ для реализации тех же функций приведен на рис. 1.21.Здесь за основу взят промышленный компьютер в формате MicroPC. Его картинку Вы можете посмотреть на рис. 1.18. Мы далее подробно познакомимся с различными микроконтроллерами на платформе РС. На системной магистрали ISA включено выРППТчислительное ядро CPU, представляюДУ АКMщее из себя законченный компьютер сШИМтвердотельными дисками, видеоконАКЭПтроллером,сетевымконтроллеромМониторEthernet, контроллером накопителя наВАКTРКПжестких магнитных дисках и широкимивозможностями расширения.
Таким образом, мы поддерживаем человекомашинный интерфейс, сервисные функКлавиатура, мышьRS-485ции и функции коррекции цели. По шиДУне ISA к вычислительному ядру подMicroPCключена плата DIO, обеспечивающаявыдачу необходимых сигналов дискретДКDIOCPUного контроля и управления. К портуканала RS-485 на CPU подключаем ужеISAизвестные нам блоки ВАК, ТР и РППТ.К сети EthernetЗдесь программная поддержка процессаоткачкиполностьюложитсянаРис.
1.21.MicroPC, выполняющего помимо этогофункции центрального контроллера.Процесс нагрева и нагружения обеспечивают, как и ранее, локальный терморегулятор и блокРППТ.Возможностей CPU с большим запасом хватит, чтобы взять на себя функции терморегулятора и блока РППТ. Как видите, мы все более функции аппаратной поддержки перекладываем на программное обеспечение центрального контроллера, все усложняя его и упрощая аппаратную часть. И здесь есть некоторая «золотая середина».
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
