Гл1_06 (1031650), страница 7
Текст из файла (страница 7)
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». Программно эмулировать локальный терморегулятор не сложно, но это не дорогой блок и я бы все оставил, как нарис. 1.21.
А вот регулируемый привод РППТ сравнительно дорог, но если нет достаточногоопыта разработки таких систем, то пожалуй, разработка технической документации, программного обеспечения, изготовление, отладка и доводка управляющей приводом программыобойдутся гораздо дороже, не говоря о потраченном времени.***Рябов Владимир Тимофеевич. Кафедра «Электронные технологии в машиностроении»МГТУ им. Н. Э. Баумана, V_Ryabov@mail.ru32Необычайно быстрый прогресс микропроцессорных средств обработки информации,появление надежных, дешевых, мощных и достаточно универсальных микроконтроллеровобусловило их широчайшее применение в системах управления технологическим оборудованием.
Сегодня это основной неотъемлемый составной элемент этих систем, которые строятсякак информационно-управляющие сети.По месту, занимаемому в структуре управляющей сети и выполняемым функциям,контроллеры делят на центральные, узловые и локальные.С точки зрения разработчика технологического оборудования в соответствии с особенностями построения, комплектации, использования и программирования микроконтроллеры делят на ряд групп.Локальные регуляторы – это универсальные микроконтроллеры для управления рядомшироко распространенных технологических операций, в которых требуется обеспечиватьпредписанную траекторию изменения одного, реже нескольких, параметров во времени.
Например, регуляторы температуры, регуляторы скорости вращения асинхронных двигателей,контроллеры шаговых двигателей, регуляторы давления и состава среды в вакуумных технологических камерах и т.п. Аппаратно и программно это законченные изделия, требующиеминимальной адаптации и настройки в конкретном оборудовании.Программируемые промышленные контроллеры ПЛК состоят из модуля вычислительного ядра и законченных модулей связи с объектом управления. Имеют встроенное базовоепрограммное обеспечение (специальная операционная система), обеспечивающее выполнение и поддержку разработки программ пользователя.
Для разработки и отладки управляющихпрограмм имеются ряд универсальных языков программирования (см. раздел 1.5).Промышленные компьютеры могут работать под управлением различных операционных систем и более гибко адаптируются под объект управления.Средства распределенного сбора данных и управления состоят из согласованных между собой блоков ввода-вывода, устройств аналоговой обработки информации и нормализациисигналов датчиков, программируемых логических контроллеров, способных выполнятьфункции локальных и узловых контроллеров. Все это охвачено единой сетью, едиными средствами программирования.Вопросы к экзамену.1.
Микроконтроллер – основная структурная единица аппаратного обеспечения САУ.Состав и функции, выполняемые микроконтроллером.2. Центральные, узловые и локальные микроконтроллеры. Выполняемые функции и особенности построения.3. Локальные регуляторы, программируемые логические контроллеры, промышленныекомпьютеры и средства распределенного сбора данных и управления. Особенностипостроения и программирования.4. Типовые топологии управляющих сетей.5. Вариантность построения управляющих сетей. Примеры.Рябов Владимир Тимофеевич. Кафедра «Электронные технологии в машиностроении»МГТУ им.
Н. Э. Баумана, V_Ryabov@mail.ru331.4. Последовательный процесс – основная структурная единицапрограммного обеспечения САУПрограммное обеспечение системы автоматического управления разделяют на системное и пользовательское. При разработке конкретной программы всегда пользуются некоторым набором утилит общего применения. Это программы тестирования аппаратной частимикроконтроллера, утилиты для работы с плавающей точкой, диспетчеры задач для поддержания их исполнения в реальном времени и т.п. При программировании пользуются этимисистемными утилитами и подпрограммами и на их основе и с их поддержкой создают управляющую программу – программу пользователя, описывающую правила выполнения предписанных системе функций.
Функция определяет цель некоторых действий.Для достижения поставленных целей реализуют ряд процессов, т.е. решают ряд задач.Так, в рассмотренном ранее примере полуфабрикаты параллельно откачиваются, нагреваютсяи нагружаются. Прежде всего, введем и обсудим основные понятия и определения.Событие – это момент фиксации чего-либо важного для нас. Не слишком четкое определение, но говорящее о том, что это понятие субъективное.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
