К.В. Фролов - Технологии, оборудование и системы (1062200), страница 132
Текст из файла (страница 132)
В процассо создания оборудования ЭТ принимают участив, как правило, разработчики трех слсциазьносгай; ипжснсры-мсханики, инжаноры-элсктрики (злоктроншики) н инжвнсры-программисты. Это связано с том, что в состав тсхнологической машины ЭТ входят мсханнчсскна, злоктронныс и программныс компонанты, Под мсханичсскими компонснтами понимают двигатсльныс, псрсдаточныс и исполннтсльныс мсханизмы рабочих и вспомогательных ходов. В действительности такис мсханизмы могут и нс совершать механических Гаева 4.1.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА движений, например, магистр оны напыяительных установок, нагревательные устройства, магниторазрядные насосы, однако обычно эти компоненты причисляют к механическим. Исходя из заданной технологии в большинстве случаев первоначально создаются механичеокие компоненты машины, затем система управления и, наконец. ее программное обеспечение. Таким образом словшлась цепочка: технология - механические компоненты — аппаратная часть системы управления - программное обеспечение. Обратные связи в этой последовательности, как правило, реализуются слабо.
Если разработчик аппаратной части системы упришения мозкет новлюпь на концепцию построения механических компонент машины, конструкцию озцельных механизмов, то влияние программиста практически отсутствуег. Для успешной реализации такой цепочки обычно закладывают избьпочность в механизмы, а затем и в аппаратную часть системы управления. Программы же, созданные для приаическн готовой машины, не бывиот оптимальными, теряют в надюкности и быстродействия, поэтому требуется избыточность аппаратной части. Одновременное сопгасованное проекгирование механических, электронных и программных компонентов, исходя из заложенных в оборудование процессов, устраняет их избыточность, не реалюованную в параметрах машины, а также позволяет соврагшь сроки разработки.
Появляется возможность обоснованно выбрать и распределить функции компонентов машины, ввести помимо ее основной функции - реализации заданной технологии - ряд дополнительных, обеспечивающих ее безотказность, ремонтопригодность, надлежащую гибкость. Кроме того, исходя из щюцессов, намеченных для реализации выбранных целей, можно разделить машину на функционально законченные евтономные элементы с единым механическим, энергетическим и информационным интерфейсом, что дает возможность отлаживать и проверять их отдельно, т.е.
Ускорять разработку. Различные компоненты технологического оборудования ведут обработку и преобразование материальных, энергетических и информационных потоков. В состав машины входят также система исполнительных механизмов, система энергообеспечения и система управления (рис. 4.1.1). Материальный поток - зто обрабатываемые полуфабрикаты, технологические газы, охлаждающие среды и т.п. Преобразование материальных потоков, определяющих назначение технологической машины, осуществляют его исполнительные механизмы, подразлеляемые на механизмы рабочих ходов, непосредст- асино изменяющие физико-химические н геометрические параметры полуфабрикатов, и исполнительные механизмы вспомогательных ходов, создающие необходимые условия для работы исполнительных механизмов рабочих ходов.
Преобразование энергетических потоков необходимо для обеспечения исполнительных механизмов требуемым видом энергии с, заданными параметрами (напряжение, сила тока, давление, расход, температура и т.п.). Для преобразования и обработки энергетических потоков служит система энергообеспечения Система автоматического управления (САУ) обрабатьпюет информационные потоки, обеспечивая предписанное сопюсованное взаимодействие всех компонентов технологической машины. Система нспбянительных механизмов рабочих и вспомогательных ходов, система энергообеспечения и система управления активно связаны между собой перечисленными выше потехами, а для согласованной работы имеют одинаковый информационный, энергетическийй и механический интерфейсы, определяющие протоколы требуемых взаимодействий. Так же, как и машину в целом, любой развитый исполнительный механизм можно разделить на три группы элементов в зависимости от того, дяя обработки какого вида потока (материального, энергетического нли информационного) этот элемент используешя по своему функциональному назначению (рис.
4.1.1). Таким образом, система автоматическопз управления технологзггеской машины охаиявается разделенной на ряд иерархических уровней и обрабатывает информационные потоки как между отдельными исполнзпельными механизмами, так и внутри них. Для постйоения САУ широкого класса оборудования достаточно иметь три типа микроконтроллеров (МК) в соответствии с тремя уровнями иерархии: верхнего уровня — центральные МК нлн управляющие вычислительные машины (УВМ). Зто контроллеры для управления отдельными машинами, производственными участками, цехами, имеющие развитые сервисные воэможности (вычислительные, графические, накопления информации, встраивания в локальные вычислительные сети и др.). Конструктивно такой контроллер выполняется на платформе какого-либо персонального компьютера и содержит йюк обработки информации и блок связи с объектом, ведущий информационный обмен с отдельными элемен- ФУНКЦИИ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ Рве.
4.1.1. Стууатууааа саема теквеаммчесшя мааюаьс М, Э, И - потоки ссогвстспмнмо материальный, знергепшесхвй я внформаяионный среднего уровня - узловые МК. Зто МК для упраюгення как машинами, так и отдельными сложными механизмами, когда разместить на одной плате устройство, совмещающее функции управления и энергообеспечения, не удается. Конструктивно такой контроллер выполняется как многоплатный и содериит плату обработки информации (собственно микроконтроллер) и платы связи с объехтом, согласующие информационные потоки мехду контроллером и обьектом управления в удобный дяв обмена и управления вид.
От центрального такой контроллер отличается меньшими вычислительными и сервисными возмохшостями (отсутствие дисплея и клавиатуры, меньшие обьем памяти и быстродействие и, как следствие, - меньшая стоимость); низшего уровня - локальные МК. Зто контроллеры, встраиваемые и располагаемые в непосредственной близости от управляемого устройства; как правило, - это одноплатная конструкция, совмещающая функции преобразования энергии и информации. В реальном оборудовании наличие МК всех трех уровней не обязательно, и одни могут успешно замеюпь друпяе. Узловые и центральные (йючные) МК достаточно универсальны и могуг упрашшть широким югассом технологического оборудования, поэтому выпускаются серийно; локальные контроллеры, как правило, узко спецнализированны.
Блочные промышленные контроллеры, построенные на базе микропроцессорных комплектов 1801, 1802, 1810, 580 (УТК-5; УТК-6; УТК-7; "Орион-3"; "Орион-4" и "Орион-5"; Ремиконт, Ломиконт и им подобные), морально устарели. Центральные контроллеры целесообразно строить на платформе персональных компьютеров семейства 1ВМ РС и Реги)пш. Их преимущество - развитое программное обеспечение, высокая належносп„ развитый интерфейс, многообразие семейства Глава 4.1, ОБШАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА компьютеров, совместимых как по горизонтали, так н по вертикали.
Имеется множество примеров успешного использования 1ВМ РС в качестве УВМ в оборудовании. Использование таких компьютеров также в качестве инструментальных значительно упрощает процессы разработки и отладки как программного обеспечения, так н всей САУ. Из отечественных в качестве узловых МК могут кспользоваться и блочные контроллеры, указанные выше, особенно их малые модификации, однако зти контроллеры ие приспособлены Шш поддержки внешней параллельной шинм (например магистрали БТ0), удобной влв подключения плат связи с объектом. Из зарубажных в качеспю узловых могут эффективно примешпъся свободно программируемые блочные контроллеры фирм Рйешеш, Реэго и др. Большие возможности для проектирования САУ на уровне локальных МК появились в связи с разработкой однокристальных мнк- роЭВМ или микроконтроллеров семейства МСБ-48, МСБ.51 или МСБ-96 Фирмы 1пы1, э также семейств МС68НС11 и др.
Фирмм Могого!а. Мнкроконтра ллеры 8748 и 8751 (К1816ВЕ48 и К1816ВЕ51) имеют в одном кристалле, кроме законченной архитектуры микроЭВМ, внутреннее репрограммируемое постоянное запоминающее устройство (РПЗУ). Они дешевы и надежнм, обзадают хорошим быстродействием (до 1 млн. операций/с) и развитой системой команд (96 или Ш команд, булевый процессор). Многие нз них, в частности микроконтролверм семейства МС68НС11, кроме того имеют на кристалле восьмиканэльный аналого-цифровой преобразователь.
Все Функции сАУ можно разделить на основные целевые, сервисные и функции коррекции цели. О снов иьы целее ма Функции. Целевой Функцией САУ называют автоматическое управление технологическим процессом в соответствии с директивной технологией. Эта технология может быть задана н описана в системе на разных уровшш: от жесткого описания поведения объекта в пространстве состояний его параметров до указания цели Функционирования, когда система сама выбирает оптимальную траекторию за счет заложенных в нее правил (алгоритма) или даже оптимизирует эти правила за счет накопления опьпь и его анализа. Для реализации этой Функции система должна принимать от объекта инФормацию дхя расчета упраэзяющих воздействий, рассчитывать и выдавать ему управляющие сигналы. Информация, снимаемая с датчиков, характеризующих состояние обьекта и ход технологического процесса, может быть представлена в дискретном (чаще всего двоичном) и аналоговом видах, анэло- гично и представление управляющей информации.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
