5.3 Функциональная схема системы автоматического управления с применением микро-эвм
Применение управляющей вычислительной техники (УВТ) стало возможным благодаря достижениям современной микроэлектроники. Современная технология в микроэлектронике позволяет размещать на одном кристалле полупроводникового материала размером, например, 5х10 мм и толщиной 0,2-0,5 мм десятки и сотни тысяч полупроводниковых элементов - диодов, транзисторов, составляющих единое целое - большую интегральную схему (БИС).
Отечественная промышленность выпускает разнообразные средства управляющей вычислительной техники, выполненные на базе БИС: микропроцессоры, микро- и миниЭВМ.
Микропроцессор - это управляемое по программе устройство обработки информации, выполненное на ограниченном наборе (от 1 до 10) больших интегральных схем. Микропроцессор выполняет следующие операции: ввод и вывод данных, арифметические и логические операции над данными, функции управления. Микропроцессор представляет собой упрощенный аналог процессора большой вычислительной машины.
МикроЭВМ - вычислительная машина, основу которой составляет микропроцессор, дополненный памятью, внешними устройствами и набором средств связи.
МиниЭВМ - вычислительная машина, ориентированная на решение массовых задач. Возможности этих машин значительно шире, чем у микроЭВМ.
Вычислительная техника постоянно совершенствуется, расширяется и круг задач, решаемых с ее применением. По мере совершенствования технологии производства вычислительной техники резко уменьшается её стоимость.
В системах управления технологическими процессами с помощью микро- и миниЭВМ решаются задачи не только технологического характера (например, подбор состав бетонной смеси, выбор оптимальных режимов работы и др.), но и автоматического управления реальными объектами (двигателями, дозаторами, башенными кранами, землеройными машинами и др.).
Программа управления микро- и миниЭВМ записывается на том или ином программоносителе: перфоленте, магнитной ленте, магнитном диске. При необходимости программа управления может быть за короткое время заменена новой, заранее составленной и записанной на программоносителе. Вариант функциональной схемы системы управления с применением микроЭВМ представлена на рисунке 5.2. Наличие в системе управления аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразователей (АЦП и ЦАП) является принципиальной необходимостью в случае применения управляющей вычислительной техники, поскольку микро- и миниЭВМ работают в цифровом коде. В узле АЦП аналоговый (непрерывный) сигнал датчиков преобразуется в дискретную форму, а в ЦАП - из дискретной в аналоговую.
Рисунок 5.2 – Функциональная схема системы автоматического
управления с применением микроЭВМ
О — объект;
1—5 — датчики;
6 — аналого-цифровой преобразователь АЦП;
7 — микроЭВМ;
8 — цифро-аналоговый преобразователь ЦАП;
9 — задающее устройство;
10-14 — исполнительные механизмы;
15-19 — регулирующие органы.
Система с применением микроЭВМ работает следующим образом. Аналоговые датчики 1-5 вырабатывают сигналы, пропорциональные регулируемым величинам. Аналоговый сигнал датчиков преобразуется в АЦП в дискретную форму. МикроЭВМ принимает информацию от АЦП в дискретной (цифровой) форме и в соответствии с заложенной программой определяет степень ее соответствия заданию. Сигнал задания вырабатывается в узле 10.
При отклонении регулируемой величины от заданного значения на выходе микроЭВМ появляется сигнал в дискретной форме, поступающей на ЦАП. В узле ЦАП сигнал из дискретной формы преобразуется в непрерывную форму. Такое преобразование необходимо ввиду того, что исполнительные механизмы работают под воздействием аналоговых сигналов. Исполнительные механизмы воздействуют на соответствующие регулирующие органы, которые изменяют параметры объекта О в требуемом направлении.
Отметим, что хотя системы управления с применением микроЭВМ часто функционально и по структуре сложнее по сравнению с системами, выполненными на транзисторах и логических элементах, но они дешевле благодаря достижениям современной микроэлектроники.