2 Практическая часть
Рассмотрел методы использования средств ИС РПО для отладки взаимодействия с объектами управления.
Выполнил примеры использования средств ИС РПО для отладки взаимодействия с объектами управления. Проанализировал результат использования средств ИС РПО для отладки взаимодействия с объектами управления.
Для обеспечения взаимодействия МПУ как между собой так и с ЭВМ ВУ используют:
-
последовательные интерфейсы (типа RS232, ИРПС «токовая петля»);
-
промышленные сети, типа FieldBus.(см. Рис.1 а; б)
Перечисленные последовательные интерфейсы реализуют радиальную стру-ктуру подключения. Это означает, что для подключения к каждому МПУ не-обходимо реализовать свой последовательный интерфейс:
-
КПИ – встроенные контроллеры последовательного интерфейса;
-
ССЛС – схема согласования с ЛС;
-
ЛС – линия связи;
Подобные соединения устройств называются соединениями типа
точка-точка (point-point
Длина линии связи ИРПС «токовая петля» может достигать 10км.
при скорости передачи 100 б - 19,2 Кбод (1бод=1бит в 1с.).
Варианты взаимодействия МПУ и ЭВМ верхнего уровня
Интерфейс ИРПС «токовая петля» обязательно подразумевает гальваниче-скую развязку.
Промышленная сеть представляет собой последовательную двухпроводную магистраль, в которой параллельно может находиться несколько микропро-цессорных устройств и ЭВМ ВУ:
В настоящее время используются следующие типы промышленных
сетей:
-
CAN – сеть (Control Area Network) – сеть области управления.
-
Это последовательная магистраль с разрешением коллизий на основе приоритетов.
-
Скорость передачи 10Мбит/сек.,
-
длина ЛС - до нескольких километров.
ProfiBus (RS-485) – маркерная последовательная магистраль,
передача и приём информации в которой каждым МПУ осуществля-- ется в строго выделенные интервалы времени .
-
Скорость передачи может достигать 12 Мбит/сек.
-
Длина ЛС –до неск. км.
Для реализации сопряжения с ЛС используют следующие шинные
формирователи:
– RLE6850 (Infineon) – CAN-сеть.
– MAX485 (MAXIM) – Pofi Bus.
Управление с разомкнутой петлей обратной связи
Простейший метод управления механизмами — управление с разомкнутой петлей обратной связи (ОС). Термин «разомкнутая петля» подразумевает, что никакого сигнала обратной связи от управляемого устройства не поступает. Нет индикации того, что устройство выполнило именно то, что ему приказали делать.
Примером может служить двигатель виброзвонка в пейджере или сотовом телефоне. Ни пользователь, ни прибор не может гарантировать, что скорость двигателя не изменилась на 10...20% от номинальной. Микропроцесс-сор посылает только сигнал включения/выключения двигателю, не имея Ника-кой информации о его скорости. Реальная скорость двигателя будет зависеть от трения на валу, напряжения аккумулятора и состояния щеток. В отличие от приведенного примера, когда скорость двигателя не так уж и важна, большин-ство микропроцессорных систем управления имеют средства измерения пара-метров управляемых систем. Для этого необходимо введение цепи ОС от управляемого устройства к микропроцессору.
Отрицательная обратная связь
На Рис. 10 показана простая система управления — операционный усилитель (ОУ). Операционные усилители обладают очень высоким коэффициентом усиления, и соединением выхода ОУ с инвертирующим входом мы вводим отрицательную обратную связь (ООС). ОУ усиливает разность напряжений между инвертирующим и неинвертирующим входами.
Скажем, на входе и выходе установлено напряжение 2 В. Разность между входом и выходом составит 0 В, тогда разность между инвертирующим и
неинвертирующим входами также равна 0 В.
Рис. 10. Простая система управления — ОУ
Тогда появится разница между двумя дифференциальными входами — неин-
вертирующим (2.1 В) и инвертирующим (2 В). Разница в 0.1 В усиливается
ОУ до тех пор, пока напряжение на выходе не достигнет 2.1 В, разница между
входами снова станет 0 В, и выходное напряжение останется на уровне 2.1 В.
Если колебания температуры и дрейф выходных транзисторов ОУ немного изменят характеристики усилителя, выходное напряжение может несколько сместиться. Однако, как только это произойдет, ОУ усилит разницу между входными напряжениями и снова стабилизирует выходное напряжение. При этом коэффициент усиления идеального ОУ измеряется обычно очень большой величиной, однако на практике существуют частотные и другие ограничения для коэффициента усиления реального ОУ
Микропроцессорные системы управления
Микропроцессорные системы управления могут работать по такому же
принципу, как и ОУ.
МП-система управляет каким-либо прибором (например, двигателем или нагревательным элементом), устанавливающим некоторую физическую величину (позицию или температуру объекта).
Секрет, конечно, кроется в функции усиления. В отличие от простого ОУ,
цифровая система управления может воспроизвести на выходе более сложную функцию.
Микропроцессор может сформировать сигнал, являющийся не только функцией входа и выхода, но и предыдущих состояний входа и выхода, коэффициентов изменений, состояния нагрузки и т. п.
Микропроцессорная система управления, в отличии от аналоговой,
всегда является дискретной системой. Это значит, что микропроцессор
производит измерения сигнала с датчиков через определенные интервалы. Любые изменения, происходящие между интервалами измерения, теряя-ются. Частота дискретизации должна быть достаточно высокой для гарантии того, что состояние управляемого прибора не изменится значительно за время
интервала дискретизации. Интервал дискретизации, естественно, зависит от
управляемого прибора и может варьироваться от минут до долей микросекунд.
На Рис 11. показана простая микропроцессорная система управления.
Микропроцессор включает и выключает МОП-транзистор, управляющий
нагревательным прибором. Для измерения температуры применяется термо-резистор.
Микропроцессор считывает сигнал, пропорциональный температуре, и решает включить или выключить нагревательный элемент.
Величина устанавливаемой температуры подается на «Вход» системы
(Рис. 11).
Рис. 11 Простая микропроцессорная система управления
Примеры аппаратного обеспечении систем управления: