Глава 21. Применение микропроцессорных систем

1. СОСТАВ СИСТЕМ АВТОМАТИКИ С ПРИМЕНЕНИЕМ микроЭВМ

Возможность практического применения микроЭВМ в системах управления производственными процессами существен­но влияет на структуру таких систем. Сравнительно невысокая стоимость и массовое производство микроЭВМ позволяют решать задачу управления самым нижним уровнем технологических про­цессов, где благодаря быстродействию и точности выполнения простейших операций ЭВМ превосходит человека-оператора. Вме­сте с тем низовые системы управления, точно поддерживающие заданный технологический регламент, должны работать в рам­ках общей иерархической структуры управления (рис. 157), выполняя каждый раз вполне индивидуальную работу.

По потокам информации, алгоритмам и способам сопряжения можно выделить четыре группы управляющих микроЭВМ: микроЭВМ, предназначенные для выполнения несложных рас­четов производственных показателей по «жестким» алгоритмам (расчеты трудоемкости, затрат материалов и т. п.);

микроЭВМ, способные управлять большим числом устройств, которые являются индикаторами процессов (табло мнемосхемы и т. д.);

микроЭВМ, имеющие интерфейсы со стандартными внешними устройствами, в том числе и с другими микроЭВМ;

микроЭВМ, обеспечивающие повышение надежности сопряже­ния производственных процессов со средствами автоматики.

В качестве простейших управляющих устройств, входящих в состав систем управления технологическими процессами, ши­роко используются программаторы и контроллеры.

Программаторы — это простейшие управляющие устройства, с помощью которых на объекты управления выдается заранее установленная последовательность управляющих воздействий. Роль микроЭВМ в таких устройствах состоит в упрощении про­цесса перестройки режимов за счет изменения программы. Зада­ваемые интервалы времени мащина отсчитывает по сигналам прерывания от внешнего генератора импульсов.

Управление группой программаторов от одной ЭВМ возможно благодаря тому, что заданные временные интервалы технологиче­ского процесса обрабатываются более медленно по сравнению со скоростью работы ЭВМ. Основным требованием, предъявляемым к центральной ЭВМ, является большая емкость памяти. Подобная система (рис. 158) может комплектоваться программаторами, ра­ботающими от перфолент, если выходной формат представления информации и управляющих сигналов центральной ЭВМ согласо­вать с интерфейсом устройства считывания с перфоленты.

Контроллеры технологических процессов — это устройства управления некоторым механизмом или аппаратом по жесткой программе. Контроллеры могут выполнять также простейшие ло­гические функции. Например, контроллеры применяются для управления магнитными лентами и дисками в запоминающих устройствах.

Одной из распространенных задач в системах управления яв­ляется ведение процесса до достижения контролируемым пара­метром заданного уровня (после чего процесс должен быть оста­новлен) или до изменения условий его дальнейшего хода. Для уп­равления процессом в простейшем случае может быть использован программатор, а проверка условий достижения контролируемым параметром заданного уровня возлагается на микроЭВМ. Однако при этом необходимо учитывать способ определения параметра.

Если контролируемый параметр является измеряемой физиче­ской величиной, то измерительное устройство подключается к одному из входов микроЭВМ. Если же контролируемый параметр может быть определен только путем расчетов с использованием физических уравнений или уравнений регрессии, то в микроЭВМ должна быть заложена специальная программа обработки исход­ной информации.

Переход от программаторов к контроллерам осуществляется при увеличении числа каналов ввода информации и возрастании объема программ микроЭВМ.

2. УПРАВЛЕНИЕ ПРОИЗВОДСТВЕННЫМИ ПРОЦЕССАМИ

Расширение сферы применения вычислительной тех­ники связано с быстрым снижением стоимости микроЭВМ и мик­ропроцессоров. В настоящее время их применение экономически целесообразно не только на крупных предприятиях, ной в средних и мелких цехах.

Например, в литейных цехах микропроцессорные системы мо­гут применяться в смесеприготовительном отделении для управ- лен ия автоматическими формовочными линиями и отдельными формовочными и стержневыми автоматами, для управления за­ливкой литейных форм и финишной обработкой отливок, а также в отделениях литья под давлением и по выплавляемым моделям.

В смесеприготовительном отделении микропроцессорные си­стемы используют для управления операциями контроля качества свежих формовочных материалов, транспортировки компонентов формовочной смеси к месту ее приготовления, регенерации отра­ботанных формовочных смесей и контроля их качества, приготов­ления формовочных и стержневых композиций.

Работой автоматической формовочной линии управляет мик- роЭВМ, которая, как правило, связана с микропроцессорными системами управления отдельными операциями формообразова­ния, а также с компьютерами, управляющими технологическими процессами в смесеприготовительном и плавильном отделениях. Следовательно, кроме управления работой непосредственно ав­томатической формовочной линией, с помощью микроЭВМ осу­ществляется координация подачи жидкого металла, контроль циркуляции материалов и технологической оснастки, регистрация простоев и потерь рабочего времени, диагностирование работо­способности оборудования. Такого рода автоматическая формо­вочная линия, оснащенная системой управления на базе микроЭВМ, выпускается как у нас в стране, так и за рубежом и успешно ра­ботает в литейных цехах.

Выпускаются отдельные формовочные и стержневые автоматы с системами микропроцессорного управления. На рис. 159 при­ведена схема автомата для изготовления стержней из песчано­глинистых смесей пескодувом с дополнительной допрессовкой.

Рис. 159. Схема стержневого автомата с управляющим микропроцессором

Микропроцессорное исполнение системы управления позволяет легко подключать ее к управляющей микроЭВМ 1 для объедине­ния с автоматической формовочной линией. В автомате запрограм мировано выполнение следующих операций: сборка стержневого ящика 5; дозировка стержневой смеси из бункера 8 в пескодув­ную головку 6; наддув стержня; дополнительная допрессовка стержня штырем 4 и разборка стержневого ящика. Дозировка стержневой смеси в помощью шибера с гидроцилиндром 9, давление наддува и глубина внедрения штыря автоматически рас­считывается и регулируется микропроцессором 2 на основе дан­ных, полученных от датчиков 3 и 10.

В термических цехах микропроцессорные системы могут при­меняться в системах регулирования температуры в рабочем про­странстве печей, для управления операциями загрузки и выгрузки печей, а также для управления и контроля в установках для при­готовления контролируемых (защитных) атмосфер.

В качестве примера рассмотрим структурную схему регулиро вания температуры методической газовой печи при отжиге слитков (рис. 160). Печь 1 имеет несколько тепловых зон. Информация

о температуре рабочего пространства печи в каждой зоне, соот­ношении газ—воздух и температуре поверхности слитков посту пает в микроЭВМ 2, которая на основе методов динамического программирования вырабатывает управляющие воздействия в виде задания локальным системам регулирования температурного режима зон. Система слежения за прохождением слитков обеспечивает соответствующие изменения режима нагрева в зонах.

В настоящее время широкое применение в системах управле ния программными роботами находят микропроцессоры и мик­роЭВМ. Использование ЭВМ позволяет выполнить робототехниче­скую систему более гибкой и легко переналаживаемой, придать ей дополнительные возможности общения в диалоговом ре­жиме оператора с роботом.

Рис. 160. Упрощенная схема регулиро- Рис. 161. Схема простейшей роботохи-

ваий я температуры методической га- мической системы с микроЭВМ:

30В0Й печи е ЭВМ / — задающее устройство; 2 — система уп­

равления; 3 — исполнительный механизм

возлагаются различные функции. Если на этапе обучения ЭВМ осуществляет связь с оператором, формирует и редактирует программу движения, то на этапе эксплуатации она проводит вычисления и формирует управляющие сигналы на исполнитель­ные механизмы.

Структурная схема простейшей робототехнической системы с использованием микроЭВМ показана на рис. 161. При ее эксп­луатации оператор с помощью задающего устройства 1 формирует программу движения исполнительного механизма 3 и приводит ее в память микроЭВМ. При необходимости программа через си­стему управления 2 выдается на исполнительные механизмы.

В качестве задающего устройства может быть использован обычный дисплей или функциональный пульт, который должен обеспечить оператора всеми необходимыми средствами по обуче­нию и управлению роботом.

Включение микроЭВМ в систему управления 2 роботом может осуществляться различными способами. При первом способе микроЭВМ используется как программное устройство, которое формирует управляющие сигналы на исполнительные механизмы без получения информации об их состояниях.

Второй способ базируется на замкнутой схеме. МикроЭВМ непрерывно получает информацию о траектории движения манипу­лятора управляемого робота. Полученная информация исполь­зуется микроЭВМ для корректировки траектории движения.

При третьем способе микроЭВМ непосредственно включается в коитур следящей системы привода исполнительного механизма, т. е. главная обратная связь запоминается через микроЭВМ, которая выполняет активную коррекцию привода.

При использовании четвертого способа для разгрузки управ­ляющей микроЭВМ часть задач исполнительного уровня возла­гается на дополнительный микропроцессор, включенный в состав привода. Основными преимуществами микропроцессорного уп­равления являются его гибкость и универсальность, так как про­грамма коррекции привода размещается в перепрограммируемом запоминающем устройстве микропроцессора и легко может быть изменена.

Системы управления на базе микропроцессоров и микроЭВМ позволяют в значительной степени устранить недостатки обычных роботов и использовать их для решения различных технологи­ческих задач, например для непосредственного управления тех­нологическим и транспортным оборудованием.

Контрольные вопросы и задания

1. Расскажите о классификации управляющих микроЭВМ.

2. Каков принцип действия программаторов?

3. Расскажите о принципе действия контроллеров.

4. Где могут использоваться микропроцессорные системы в литейных цехах?

5. Как работает система управления стержневым автоматом с микроЭВМ?

6. Как осуществляется управление роботами с помощью микропроцессоров и микроЭВМ?