Тема 3. Мікропроцесорна система керування мехатроного вузла виробничого призначення

 

Застосування мікропроцесорів в автоматизованих виробничих процесах зажадало перегляду структури і складу технічних засобів, сукупності виконуваних функцій та їх розподілу між компонентами системи, способу подання інформації, ролі математичних моделей в алгоритмах керування і контролю. Одним з принципово нових підходів до створення автоматизованих систем керування є застосування обчислювальних систем з програмованими контролерами, мікропроцесорами, мікрокомп'ютерами та ін. Структурна схема керування із застосуванням мікропроцесорів наведена на рис. 3.1.

Мікропроцесорний пристрій керування – це спеціалізований обчислювальний пристрій, що складається з мікропроцесорів або мікроЕОМ і включає в собі засіб для обміну сигналами з об'єктоми керування. Алгоритми керування реалізуються у вигляді програм, що зберігаються в пам'яті мікроЕОМ. Інтерфейсні блоки призначені для зв'язку з об'єктом, пульт оператора – для видачі команд в мікроЕОМ на спеціальній мові.

Центральні контролери перетворять і видають в мікроЕОМ показники датчиків про стан об'єкта і середовища.

На екрані дисплея відображається необхідна оператору інформація про стан об'єкта і периферійного обладнання. До складу інтерфейсних блоків зв'язку і контролерів можуть входити мікропроцесори. У цьому випадку центральний процесор звільняється від функцій по вводу-виводу і попередньої обробки інформації.

Типовий мікропроцесорний комплект являє собою функціонально повний набір БІС, призначений для побудови обчислювальних і керуючих пристроїв і систем різного призначення. До складу мікропроцесорів зазвичай входять БІС: мікропроцесорів; мікропрограмне керування; обмін інформації; оперативної, постійної та напівпостійної пам'яті. У додатковий комплект можуть входити: БІС прискореного перенесення, БІС арифметичного розширювача, БІС прямого доступу до пам'яті, БІС керування периферійним обладнанням та ін.

Розробка мікропроцесорної системи автоматичного керування ТЗ включає наступні етапи:

– вироблення базової концепції;

– розробка алгоритму керування;

– проектування апаратних засобів;

– написання та кодування робочих програм.

Використання мікропроцесорів в таких системах керування ТЗ можливо у вигляді:

– системи збору даних;

– порадника оператора, забезпечення супервізірного і безпосереднього цифрового керування.

 

Рис. 3.1 Структурна схема мікропроцесорної системи керування:

Х – вхід об’єкта; Y – стан об’єкта; Е – множина збурень; U₀ – керований вхід; Хn – множина вхідних значень; Yn – множина вихідних параметрів, стан об'єкта;

U – інформація про керуючий вплив; Z – мета керування

 

Система збору даних є однією з найпростіших форм використання мікропроцесорів. Параметри виробничого процесу перетворюються в цифрову форму, сприймаються системою введення і заносяться в пристрій (ЗК). Мікропроцесор виконує логічну обробку і перетворення інформації. Результати обчислень відображаються на екрані дисплея або друкуються у формі, зручній для сприйняття оператором. Режим виробничого процесу підтримується регуляторами, установки яких здійснюються вручну оператором. Застосування системи збору даних дозволяє вивчати процес при різних умовах роботи з метою уточнення або побудови його математичної моделі.

При використанні мікропроцесорів, як порадника оператора, його виходи пов'язані не з органами керування технологічного апарату, а лише з пристроєм відображення. При цьому система закладеної в неї математичної моделі обчислює керуючі дії, щоб забезпечити наближення режиму процесу до оптимального. Керуючі впливи здійснюються оператором.

При супервізорному керуванні мікропроцесор працює в замкнутому контурі, коли виходи системи керування пов'язані з технологічними агрегатами, і всі установки регуляторів здійснюються системою. Функції оператора зводяться до спостереження, і його втручання потрібне лише при виникненні відмов у системі або якихось непередбачених ситуаціях.

У режимі безпосереднього цифрового керування сигнали для приведення в дію виконавчих органів надходять безпосередньо від ЕОМ, а регулятори окремих параметрів виключаються з системи. Система керування працює в реальному масштабі часу. Застосування таких обчислювальних систем в ТЗ ремонту суден відкриває додаткові можливості підвищення ефективності УРЗ.

Управління виробничими процесами за допомогою міні-комп'ютерів здійснюється за прямою або непрямою схемою (рис. 3.2).

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3.2 Схеми непрямого (а) і прямого (б) керування

При непрямій схемі керування міні-комп'ютер підключається до обладнання для спостереження за його роботою. Устаткування під'єднується до панелі керування, а між панеллю керування і міні-комп'ютером знаходяться пристрої, що перетворюють і погоджують сигнали (інтерфейс). Така система керування називається моніторною системою і може видавати аварійні повідомлення про вимкнення обладнання, простоях, ступінь зносу інструменту та ін.

Основними перевагами непрямої схеми є швидка адаптація до системи вже існуючого обладнання, простота в обслуговуванні і експлуатації, безперебійність роботи обладнання в разі виходу з ладу міні-комп'ютера.

При прямій схемі керування здійснюється зворотний зв'язок від міні-комп'ютера до керуючої панелі і від неї до обладнання. Ці впливи передаються на виконавчі механізми для їх включення або виключення, зміни режимів роботи або стану відповідно до програм, закладених в пам'яті міні-комп'ютера.

На рис. 3.3 показана структурна схема пристрою збору даних на базі мікропроцесорного комплекту. Пристрій збору призначено для контролю вихідних сигналів датчиків при зміні параметрів ТЗ. Пристрій збору має гнучку і може легко змінювати конфігурацію, аналогові і цифрові входи і виходи, канали для підключення модемів, телетайпів і друкувальних пристроїв.

 

Рис. 3.3. Структурна схема пристрою збору даних: ША – шина адреси; ШД – шина даних; ШК – шина керування; АЦП – аналогово-цифровой перетворювач

 

На лінії ЕОМ покладаються функції реєстрації та індикації отриманої інформації, видачі команди для зміни меж або змінних, за якими здійснюється регулювання в розглянутих точках.

На рис. 3.4 показана структурна схема системи числового програмного керування "Електроніка НЦ-80-31", яка призначена, для керування фрезерних, шліфувальних і токарних верстатів, багатоопераційними обробними центрами.

 

Рис. 3.4 Структурна схема СЧПК

 

До складу системи входять три мікро-ЕОМ. Кожна ЕОМ має блоки оперативної та постійної пам’яті ЕОМ-1 керує роботою всієї системи. ЕОМ-2 забезпечує обробку заданих переміщень робочими органами. ЕОМ-3 керує роботою електроустаткування верстата.

Зовнішній пристрій містить бібліотеку керуючих програм. Підготовка та налагодження керуючих програм проводиться на пульті оператора або на спеціальному пристрої підготовки даних.