книги из ГПНТБ / Кондрашкова Г.А. Технологические измерения и приборы целлюлозно-бумажной промышленности учеб. пособие

Запоминающие устройства, используемые в вычислительных машинах, часто делят на оперативные — более быстродействую­ щие, но обладающие сравнительно малой емкостью, и внешние — с низким быстродействием, но с большей емкостью.

Запоминающие устройства можно подразделить на периодиче­ ские и непериодические. В периодических ЗУ записанная информа­ ция находится в периодическом движении по отношению к записывающим и читающим устройствам. Поэтому информация может быть выбрана только в определенные моменты времени. В перио­ дических ЗУ движение информации отсутствует и се выборка осуществляется специальными переключающими цепями в любой

произвольный момент времени. Скорость выборки в этом случае больше.

Информация из ЗУ может выбираться как с ее «разруше­ нием», так и «без разрушения». В некоторых устройствах выбор­ ки с разрушением вместо разру­ шенной информации вводится новая.

Запоминающие устройства могут быть выполнены: на маг­

нитных сердечниках; на перфо­ раторных картах и лентах; на магнитных носителях и др.

Перфораторные ЗУ представляют собой стандартные ленты (перфоленты) или карты (перфокарты), информация на которые записывается в виде кодовых комбинаций круглых или прямо­

в виде параллельных дорожек, каждая из которых соответствует определенному разряду. На рис. 10-7 в качестве иллюстрации по­ казана лента, на которой записан код числа [19]. Емкость перфо­ лент зависит от их ширины. У лент шириной 5—6 мм информация

записывается в виде одной дорожки. У широких лент число доро­ жек доходит до сотни.

При выборке информации с ленты все разряды считываются параллельно. Осуществляется считывание, например, с помощью контактных щеток, скользящих по поверхности ленты. При попа­ дании щетки в отверстие в ее цепи возникает импульс тока, фик­ сируемый специальным устройством. Существуют и другие ме­ тоды считывания, например с помощью фотоэлементов. С перфо­

ленты информация считывается со скоростью 150—300 знаков в секунду.

Емкость перфокарт может достигать 960 двоичных разрядов, или 24 чисел. Практически число разрядов, записанное на пер­ фокарте, оказывается меньшим из-за необходимости иметь слу­ жебную информацию, например номер перфокарты и т. д.

Информация с перфокарт может выводиться теми же методами,

304

что и с перфолент. Перфораторные ЗУ имеют то преимущество, что могут неограниченно долго храниться и многократно исполь­ зоваться. Широкое распространение перфораторных ЗУ объяс­ няется также тем, что большинство вычислительных машин имеет устройства для ввода информации с перфораторных ЗУ и вывода информации на них.

В качестве ЗУ с магнитными носителями широко распростра­ нены магнитографы (магнитофоны), устройства с магнитными дисками и магнитными барабанами. Емкость подобных ЗУ до­ стигает нескольких сот миллионов единиц информации.

Устройства представления информации. В связи с резким воз­ растанием потоков информации, получаемых с помощью измери­ тельных систем или систем автоматического контроля, чрезвычайно важным становится вопрос о согласовании этого потока с пропуск­ ной способностью человека-оператора.

Эффективная деятельность оператора, т. е. скорость, с которой он воспринимает информацию, точность восприятия и т. д. опреде­ ляются в первую очередь психофизиологическими факторами, ха­ рактеризующими человека. Кроме того, важен характер информа­ ции и факторы определяющие технические средства. Поэтому при проектировании устройств отображения приходится решать самые

Информацию, представляемую оператору, можно подразделить на три группы: а) оперативную, или экспресс-информацию, ис­ пользуемую оператором непосредственно в процессе контроля или управления технологическим процессом;

б) статистическую, необходимую для последующей статисти­ ческой обработки и обобщений результатов контроля и изме­ рения;

в) отчетную, предназначенную для документирования резуль­ татов контроля и измерения.

Оперативная информация, как правило, предъявляется опера­ тору с помощью показывающих устройств или устройств сигнали­

или цифровые индикаторы. В аналоговых индикаторах значение измеряемой величины отображается:

угловым перемещением механического, светового или электрон­ ного указателя;

линейным перемещением этих же указателей; изменением площади свечения;

пространственным перемещением символического указателя например, на экране электроннолучевой трубки (ЭЛТ);

двухмерной индикацией на экране ЭЛТ.

Выбор того или иного индикатора осуществляют исходя из требований, предъявляемых к устройствам отображения: точности, наглядности и т. д.

Цифровые индикаторы представляют значения измеряемой ве­ личины символами. Символы могут быть воспроизведены матрич­ ным и фигурным способами. При использовании матричного спо­ соба символ синтезируется из точек или отрезков (фрагментов), различные сочетания которых позволяют образовать различные знаки.

Для воспроизведения символов матричными способами исполь­ зуются цифросинтезирующие устройства с лампами накаливания, электролюминесцентными индикаторами и ЭЛТ.

При фигурном способе для воспроизведения символов приме­ няются либо специальные идикаторы, например газоразрядные индикаторные лампы типа ИН-1, ИН-2, ИН-12, ИН-14, либо ЭЛТ, перемещение луча в которых осуществляется под действием специ­ ального сформированного напряжения.

Подобные показывающие устройства предъявляют количест­ венную информацию о каждом измеряемом параметре. Однако при большом числе измеряемых параметров необходимо большое число показывающих устройств, с просмотром которых оператор может не справиться. Работа оператора облегчается, если информация ему представляется в комплексном виде. Можно, например, заменить отдельные приборы одним экраном, на котором значение пара­ метра отображается высотой вертикальной линии, а номер дат­ чика — его положением на оси абсцисс.

В серии узкопрофильных приборов АСК предусмотрены много­ канальные приборы, в которых расположенные друг над другом световые указатели образуют график изменения исследуемого процесса в ряде пространственных точек для однотипных величин (см. рис. 3-12). Оператор, не считывая показаний, легко обнару­ живает отклонение любого параметра от остальных. В этом ему помогает изменение цвета светового указателя, если параметр отклонился из заданного диапазона.

В ряде случаев целесообразно предъявлять оператору обобщен­ ную информацию, характеризующую поведение объекта (или процесса) в целом. Такая информация имеет качественный харак­ тер и отображается в виде обобщенной характеристики (напри­ мер, графика) на специальном устройстве. Для получения обоб­ щенной характеристики требуются специальные вычислительные и графические устройства.

Широкое применение для предъявления качественной инфор­ мации нашли в системах и устройства сигнализации, показываю­ щие, протекает ли контролируемый процесс нормально или его характеристики вышли за допустимые пределы.

В последнее время все шире используются устройства отобра­ жения с иерархическим (многоступенчатым) способом предъяв­ ления информации. Информация в этом случае предъявляется опе­ ратору в несколько этапов.

На первом этапе оператору предъявляется мнемосхема, изо­ бражающая исследуемый объект, и он получает качественную информацию о поведении объекта в целом. На следующем этапе

306

оператору по его вызову предоставляется качественная информация о поведении отдельных блоков и устройств объекта. В дальней­ шем происходит все большая детализация участков объекта. На последнем этапе оператору, по его требованию, предъявляется ко­ личественная информация от отдельных датчиков.

Регистрирующие устройства (РУ), наиболее часто используе­ мые в системах, можно подразделить на механические и немеха­ нические.

Механические цифропечатающие машины ЦПМ, несмотря на сравнительно малое быстродействие (от 5—7 знаков) в секунду до 25—30 строк в секунду, причем число знаков в строке может достигать нескольких сотен), все шире используются для реги­ страции выходной информации в ИИС. Это объясняется тем, что они обеспечивают хорошее качество регистрации, а по простоте и стоимости намного лучше немеханических РУ.

Наиболее простой ЦПМ является рычажная, принцип действия которой тот же, что и у обыкновенной канцелярской пишущей ма­ шинки, с той лишь разницей, что рычаги у нее приводятся в дей­ ствие не вручную, а электромагнитами. Пропуск знака, возвра­ щение каретки также осуществляются электромагнитами. Скорость печати таких машин не превышает 10 знаков в секунду. Нашей промышленностью выпускаются рычажные ЦПМ типа ЭУМ-23

иЭУМ-46.

Кбыстродействующим ЦПМ относятся ротационные машины типа ТБПМ-16/1200, БПМ-20 и др. В частности, машина БПМ-20

имеет скорость печати 20 строк в секунду, число знаков в строке — 16.

Немеханические РУ, к которым относятся светографические; электроискровые; электрохимические; феррографические (магнито­ графические), обладают значительно большим быстродействием порядка 50—200 строк в секунду, при числе знаков в строке 120— 160, но все они значительно сложнее, дороже и требуют, как пра­ вило, специальных сортов бумаги. Поэтому их целесообразно ис­ пользовать только для работы с ЦВМ и сложными системами. Исключение представляет светолучевой осциллограф, позволяющий регистрировать до 1000 чисел в секунду при относительной про­ стоте устройства [46].

§4. ПРИМЕРЫ ВЫПОЛНЕНИЯ ИИС

В качестве иллюстрации одного из принципов построения мно­ гоканальных систем рассмотрим систему, служащую для измере­

дается образцовое давление Р0, изменяющееся по линейному за­ кону от Ро = 0 до Р0 = Ро м - Это давление измеряется прецизионным фотоэлектрическим манометром ФМ, устроенным таким образом, что на его выходе появляются электрические импульсы, число

которых пропорционально давлению в резервуаре. Импульсы пода­ ются па вход запоминающего устройства ЗУ и там считаются.

Резервуар имеет 200 выводов, сообщающихся с дифференциаль­ ными датчиками давления Д. С другой стороны, каждый из датчи­

разомкнуты. Давление Р0 начинает изменяться по линейному за­ кону. В момент равенства Р0 = РХ контакты датчика замыкаются и на одну из 200 ячеек ЗУ, соединенную с датчиком, подается сиг­ нал, обозначающий, что Рх равно считанному к этому моменту числу импульсов от ОР. В ячейке оказывается записанным число

импульсов, пропорциональное из­ меряемому давлению Рх-

Поскольку каждая из ячеек ЗУ связана со своим датчиком, число (импульсов), записанное в k-й ячейке, будет соответство­ вать давлению, измеряемому k-м датчиком. Информация операто­ ру предъявляется с помощью счи­ тывающего устройства СУ.

Иногда подобные системы от­ носят к сканирующим системам, поскольку они позволяют про­ сматривать поля давлений [24].

В качестве примера промышленной ИИС рассмотрим систему типа ИВ-500.

Система 'ИВ-500 предназначена для автоматизации технологи­ ческих и производственных процессов в электроэнергетике, нефтя­ ной, химической и других отраслях народного хозяйства. Она

Система ИВ-500 осуществляет следующие функции:

измерение и контроль по вызову или по определенной программе всех контролируемых параметров с выдачей результатов обра­ ботки информации;

периодическую цифровую регистрацию всех контролируемых параметров и параметров, значения которых вышли за пределы нормы;

выборочное измерение и графическую запись значений любых контролируемых параметров;

вычисление ряда коэффициентов и технико-экономических пока­ зателей, используемых оператором при управлении процессом;

математическую обработку данных измерения и контроля и вы­ дачу результатов этой обработки в управляющую или вычисли­ тельную машину;

позиционное регулирование любого контролируемого пара­ метра;

308

автоматический контроль состояния устройств и узлов системы с сигнализацией в случае установления неисправности.

и измерения. Коммутирующее устройство КУ поочередно подклю­ чает датчики Д к унифицирующему нормирующему устройству УНУ. Система содержит 12 коммутирующих устройств, каждое из

п=і0

Рис. 10-9

которых рассчитано на подключение 40 преобразователей шести различных типов, имеющих в качестве выходных сигналов посто­ янный ток, переменный ток или переменное напряжение опреде­ ленной величины. Унифицирующее устройство УНУ, произведя ли­ неаризацию и масштабирование входных сигналов, выдает выход­ ной сигнал в виде постоянного тока 5—0—5 мА.

С выхода унифицирующего устройства сигнала поступают в устройство преобразования и сравнения УПС, в котором они преобразуются в цифровой код и сравниваются с уставками. Уставки задаются индивидуально для каждого параметра устрой­ ством формирования уставок УФУ и синхронно с сигналом дат­

чика подаются в устройство сравнения.

Из устройства преобразования и сравнения информация пере­ дается на цифровые регистрирующие устройства ЦРУі, ЦРУг, на перфораторное устройство ПФУ и информационный экран ИЭ.

309

Регистрирующие устройства представляют собой цифропеча­ тающие машинки. Одна из машинок (ЦРУ{) па специальной карте периодически регистрирует значения всех контролируемых пара­ метров с указанием времени начала регистрации и номера точки (адреса). Вторая машинка (ЦРУ2) регистрирует значения пара­ метров, вышедших за пределы допустимых значений, с указанием номера контролируемой точки, времени выхода параметра за норму и времени его возвращения в зону, ограниченную уставками.

Значения параметров, вышедших за пределы допустимых зна­ чений, в обоих случаях печатаются красным цветом, параметров, находящихся в пределах допустимых значений,— черным.

В перфораторном устройстве информация в виде кода запи­ сывается на перфораторную ленту.

^Информационный экран ИЭ служит для выдачи всей оператив­ ной информации о ходе технологического процесса с помощью световых и цифровых индикаторов. При отклонении параметра за пределы допустимых значений появляется световой мигающий сигнал, сопровождающийся прерывистым звуковым сигналом в слу­ чае предупредительной сигнализации и непрерывным звуковым сигналом при аварийной сигнализации. На этом же экране имеется световой индикатор для сигнализации о неисправности устройств самой системы. Световой сигнал неисправности в виде мигающего света сопровождается непрерывным звуком.

Цифровые индикаторы информационного экрана по вызову оператора показывают текущее значение любого параметра, зна­ чение уставки, размерность, а также адрес точки и время.

Кроме того, на мнемосхеме информационного экрана показы­ вается наличие уставок и позиционного регулирования, положе­ ния параметров относительно уставок, адрес контролируемой точки и время. Управление информационным экраном осуществ­ ляется оператором через пульт управления ПУ4.

Как видно из рис. 10-9, устройство преобразования и сравне­ ния выдает информацию не только на выходные ИЭ и регистри­

объекта. Эти данные используются для оперативного управления объектом. Информация па ВУ поступает в виде цифрового кода. Результаты вычислений выдаются на регистрирующее уст­ ройство ЦРУз, в качестве которого также используется цифропе­ чатающая машинка на перфораторное устройство ПФУ, а при на­ личии управляющей или вычислительной машины — и на ее вход.

Связь оператора с вычислительным устройством осуществ­ ляется с помощью вспомогательного пульта управления ПУ2.

Для определения характера изменения контролируемых пара­ метров во времени, дублирования измерения, а также возмож­ ности управления объектом в случае возникновения неисправ­ ности в самой системе сигналы датчиков с коммутирующего уст­ ройства КУ непосредственно (если сигнал — постоянный ток) или

310

через унифицирующее устройство (если сигнал — переменный ток) подаются на многоканальные измерительные показывающие ПП и самопишущие СП приборы. Многоканальный показывающий при­ бор имеет 10 шкал и представляет собой компенсатор постоянного тока, снабженный механизмом автоматической смены шкал и гра­ дуировочных узлов, что позволяет измерять контролируемые пара­ метры в соответствующих единицах.

Блоки вызова Б В{ и БВ* служат для выбора тех параметров, которые необходимо измерять. Выбор осуществляется оператором вручную с помощью клавишного переключателя на блоке вызова. Рядом с клавишным переключателем на блоке вызова располо­ жено световое табло, на котором указывается номер измеряемого параметра, его наименование, значение уставок и размерность.

В качестве приборов СП, производящих запись показаний, ис­ пользуются автоматические самопишущие приборы, представляю­ щие автоматические электронные мосты (см. главу 3). Регистра­

Для программного синхронного управления всеми устройствами системы служит управляющее устройство УУ.

Устройство сигнализации УС н его световое табло СТ предназ­ начено для управления сигнализацией с сохранением команд, принятых от устройства управления в течение всего периода обегания.

Система ИВ-500 имеет следующие технические характеристики: количество контролируемых точек до 480 группами по 40; количество типов датчиков для одной группы не более 6; цикл опроса 5—60 с (регулируемый ступенями по 5 с); погрешность измерения: для датчиков постоянного тока ±0,6%;

для датчиков переменного тока ±2,5%- В качестве другого примера рассмотрим систему типа «Днепр».

Система «Днепр» [34], разработанная Институтом кибернетики Академии наук УССР, используется в химической, нефтеперера­ батывающей, металлургической, целлюлозно-бумажной промыш­ ленности для управления производственными процессами с отно­ сительно большим временем переходных процессов и средним объе­ мом информации.

Система «Днепр» выполнена на базе универсальной цифровой вычислительной машины и может использоваться не только для контроля и управления процессами, но и для проведения вычис­ лительных работ, для анализа и обработки результатов экспери­ мента и т. п.

Система позволяет:

получать информацию от объекта; обрабатывать полученную информацию в соответствии с имею­

щейся программой; выдавать результат на цифропечатающее устройство;

визуально контролировать работу системы автоматического управления;

311

вводить дополнительные данные в программу работы с пульта управления.

В состав системы входят вычислительная машина ВМ и устрой­ ство связи с объектом УСО (рис. 10-10).

Вычислительная машина ВМ позволяет производить обработку информации по любому заданному алгоритму и состоит из ариф­ метического устройства, оперативного запоминающего устройства, пассивного запоминающего устройства, устройства ввода и вывода информации и центрального устройства управления с пультом.

Арифметическое устройство системы позволяет осуществлять операции над числами, состоящими из 26 двоичных разрядов. Время отдельных операций лежит в пределах от 30—60 мкс для сложения, до 400—430 мкс для деления. Всего система может производить 22 основные и 63 модифи­ цированные операции, включая 6 опе­ раций, обеспечивающих связь между устройством связи с объектом и вы­

числительным устройством.

Объем оперативного запоминаю­ щего устройства, выполненного на фер­ ритовых сердечниках, составляет 512 слов. Кроме того, в системе предусмот­ рено подключение запоминающего устройства на магнитной ленте с объе­ мом 1 млн. слов.

Связь системы с контролируемым объектом осуществляется устройством связи УСО, включающим в себя входной и выходной коммутаторы, аналого-цифровой преобразователь и пульт опера­ тора. УСО работает в соответствии с командами, поступающими от ВМ, и сигналами от пульта оператора.

Пульт оператора позволяет получать информацию о ходе кон­ тролируемого процесса, вводить в систему программу измерения и контроля, вводить данные для вычислительных операций и уста­ навливать режим работы.

Схема ввода и вывода информации в системе «Днепр» пока­ зана на рис. 10-10.

Программа в систему вводится с помощью перфоленты или перфокарт. Фотоэлектрическое считывающее устройство обеспе­ чивает скорость ввода до 45 чисел в секунду.

В качестве исходных данных используется информация, полу­ чаемая от датчиков, а также дополнительные условия и сигналы, вводимые оператором.

Сбор информации от датчиков, максимальное число которых равно 250, производится с помощью УСО. В качестве датчиков, подключаемых к системе непосредственно, могут использоваться термопары, терморезисторы и датчики дифференциально-транс­ форматорного типа. Датчики других типов должны подключаться с помощью унифицирующих преобразователей с выходными сиг­ налами 0—20 В постоянного напряжения, 0—5 мА и 0—20 мА по­

312

стоянного тока. Датчики подключаются либо последовательно,

циклически, либо выборочно в зависимости от программы, введен­ ной в систему.

Для вывода информации служит цифробуквопечатающая ма­ шинка, позволяющая регистрировать результат со скоростью 7 знаков в секунду.

Система «Днепр» может работать в нескольких режимах. При работе системы в режиме «советчик оператора» резуль­

таты контроля и измерения выводятся на панель световой сигна­ лизации пульта оператора. В этом случае система за малый про­ межуток времени позволяет оценить возможные варианты дейст­ вий оператора в сложившейся обстановке и выбрать наиболее подходящий.

В режиме поиска отклонений и периодической регистрации параметров сигналы, поступающие от датчиков, преобразуются в двоичный код, а затем в вычислительном устройстве получен­ ный код сравнивается с кодом-уставкой, индивидуальным для каждого датчика. При выходе контролируемого параметра за до­ пустимые пределы включается световая и звуковая сигнализация.

При работе системы в режиме «автоматическое управление объектом» на основе полученных решений формируются управляю­ щие сигналы, которые подаются на исполнительные механизмы релейного действия. В то же время система выдает сигналы в виде многоразрядного кода. Адресная часть кода с помощью выходного коммутатора показывает устройство, для которого он предназна­ чен, а числовая часть кода несет информацию о величине коррек­ тирующего воздействия.

В ЦБП используется система «Днепр» в режиме «советчик опе­ ратора» на Жидачовском картонно-бумажном комбинате в про­ цессе производства бумаги (разработка Украинского научно-ис­ следовательского института ЦБП). Исходные данные вводятся от датчиков, опрос которых производится с периодом 30 с (с усред­ нением десяти последовательных результатов измерений). Система: осуществляет расчет значений выходных показателей готовой про­ дукции по уравнению математической модели процесса, выдавая их оператору бумагоделательной машины (БДМ) один раз

в4 мин; производит адаптацию математической модели один раз

в40—50 мин на основе данных сравнения расчетных значений вы­ ходных показателей БДМ с результатами лабораторных анали­

зов; определяет отклонения качественных показателей готовой про­ дукции от значений, предусмотренных ГОСТ, с целью решения задач оптимизации при управлении БДМ оператором; производит формирование матрицы условий для решения задач управления с целью их оптимизации, решение и передачу результатов решения задач оптимального управления на световое табло оператора БДМ [57].

313