книги / Надежность и диагностика технологических систем

ляют платы дискретного ввода-вывода, платы ввода частотных и импульсных сигналов, счетчики-таймеры, платы управления исполнительными механизмами, многофункциональные платы ввода данных и управления. Для сбора этой информации при­ меняются специальные датчики и измерительная аппаратура, приспособленные к условиям измерений.

В табл. 13.3 приводятся характеристики некоторых высоко­ производительных плат серии Keithli MetraBite DAS1800 Series. Высокоскоростные платы серии Keinhli MetraBite DAS50/58 для связи с датчиками (максимальная частота опроса одного канала 1 млн Гц, объем встроенной памяти 1Мбайт) предназначены для анализа механических колебаний, быстропротекающих элек­ трических процессов, акустического и вибрационного анализа. Высокое быстродействие достигается за счет предварительной обработки сигналов с использованием встроенной оперативной памяти.

Таблица 13.3

Характеристики плат серии Keithli MetraBite DAS1800 Series

нащенную 12-битовым АЦП с частотой выборки 100 КГц. Она рекомендована к применению при многоканальных измерениях напряжения электрического тока, при приеме сигналов с датчи­ ков для взаимодействия с СУ. Плата Advantech PSI-1713 имеет гальваническую развязку по каждому каналу, что повышает ее точность и помехоустойчивость, а также мультиплексор для ска­ нирования каналов с различными коэффициентами усиления.

Например, плата Advantech PCLI-1800 представляет собой мощ­ ную по информационным возможностям систему сбора и обра­ ботки аналоговых сигналов с частотой выборки до 330 кГц и раз­ рядностью 12 бит. Она имеет 16 каналов АЦП, 16 дискретных входов, 16 дискретных выходов, 2 цифро-аналоговых выхода и 1 канал счетчика импульсов с разрядностью 16 бит. Плата мо­ жет применяться для анализа высокочастотных электрических сигналов в системах сбора данных, для анализа переходных про­ цессов и других целей.

Сбор и обработка сигналов с измерительных систем в АСНИ ведется с использованием развитого ПО, структура которого для систем сбора и обработки измерительной информации основана на применении специальных программ, инструментальных про­ граммных средств, готовых комплексов ПО и комбинированных средств ПО.

Специальные программные средства (СПС) удобнее разрабаты­ вать непосредственно в машинных кодах или на языке Assembler, применение которых весьма оправданно, поскольку увеличивает быстродействие и экономит оперативную память ЭВМ.

Инструментальные программные средства (ИПС) содержат библиотеки стандартных подпрограмм, функций, классов, ви­ зуальных элементов представления и управления. ИПС служат своего рода «кирпичиками» для построения сложного ПО для АСНИ. Подобные библиотеки создаются для универсальных языков высокого уровня, таких как Visual Basic, Visual С-н- и др. Например, ИПС VisualDAS является типовой библиотекой ви­ зуального управления и контроля для плат Keithli MetraBite, с помощью которой значительно легче создавать сложные авто­ матизированные системы получения и обработки информации. ИПС типа DriverLINX — это библиотека драйверов (специальных

программ и подпрограмм) применительно к платам Keithli МеtraBite с использованием разветвленных каналов связи.

Комплекты программного обеспечения (КПО) поставляются

вготовом виде. Необходимо осуществить только их установку. Использование КПО практически не требует затрат времени на стыковку с АСНИ и настройку применительно к конкретным условиям. Так, КПО TestPoint является готовым средством, поддерживающим ввод и обработку сигналов от плат Keithli MetraBite. ИПС и КПО строго стандартизуются.

Комбинированные программные средства (КПС) в некоторых случаях применяются для создания средств обработки данных

всоставе специализированных АСНИ. Они проектируются в виде сочетания СПС, ИПС и КПО. Однако такие программные сред­ ства оказываются весьма дорогими при разработке.

Функцию реализации интерфейсов в АСНИ выполняют спе­ циальные программируемые контроллеры связи и преобразова­ тели интерфейсов. Так, IBM — совместимый контроллер связи ADAM -450 фирмы Advan tech реализует распределенные сети АСНИ для сбора данных и управления производственными про­ цессами, в том числе процессами контроля и диагностики. Он содержит встроенную операционную систему ROV-DOS, совмес­ тимую с MS-DOS. Применение данного контроллера предостав­ ляет возможность вести программирование на языках высокого уровня, таких как C++, паскаль и др. Его последовательный порт СОМ1 может быть настроен на работу в режиме интерфейсов RS-232 или RS-485 посредством соответствующего переключа­ теля. Порт COM2 работает только в режиме протокола RS-485. Контроллер имеет флеш-ПЗУ объемом 256 Кбайт, таймер в стан­ дартной системе BIOS, предназначенной для хранения постоянно используемых программ по обслуживанию процедуры загрузки

идругих постоянных функций IBM-совместимого процессора,

вчастности функций ввода-вывода.

Как правило, подобные контроллеры обеспечивают функцио­ нирование системы при удаленности объектов друг от друга не более чем на 20...32 м. Конфигурация распределенной АСНИ на базе контроллеров связи приведена на рис. 13.29.

Для создания распределенных на значительные расстояния АСНИ применяются IBM-совместимые контроллеры, повтори­ тели и преобразователи сигналов удаленной связи. Как прави­ ло, они используют протокол физического уровня EIA RS-485

Рис. 13.29. Конфигурация распределенной АСНИ на базе контроллеров связи:

УКСИУ — универсальный компьютер системы измерения и управления (ра­ бочая станция); МДВ — модуль измерения напряжения; MAC — модуль измерения тока; МТТ — модуль измерения температуры; MIV — модуль измерения импульсного напряжения; МИЧ — модуль измерения частоты тока; МДУ — модуль импульсного управления; МРК — модуль переключе­ ния каналов; МАВ — модуль выдачи сигналов по току и напряжению; ПрС — повторитель сигналов по линии удаленного доступа; СКС — специализиро­

ванный контроллер связи между сетевыми интерфейсами.

по двухпроводной линии связи с управлением от ведущего ком­ пьютера со скоростью обмена информацией до 120 Кбит/с и выше при длине сегмента сети до 1500 м. Применяется режим обмена данными полудуплексный асинхронный, который обеспечивает формат данных в асинхронном режиме 1 старт-бит, 8 бит дан­ ных, 1 стоп-бит с контролем или без контроля четности. Макси­ мальное количество подключаемых устройств на один последова­ тельный порт — до 256 с возможностью подключения и отклю­ чения каждого из устройств без нарушения работоспособности сети. Обеспечивается подавление помех и выбросов напряжения в линиях связи. Волоконно-оптические преобразователи интер­ фейсов RS-232/422/485 обеспечивают передачу данных до 2500 м и более.

Распределенная сеть АСНИ может охватывать весь машино­ строительный завод (рис. 13.30). Управление АСНИ такого уров­ ня ведется от компьютера УКСИО управления контроллерами системы исполнительных органов по локальной сети Ethernet,.

содержащей мощный файловый сервер. Связь с промышленной сетью измерения и управления ведется по стандарту CAN. Уни­ версальный линейный контроллер данной локальной компью­ терной сети обычно содержит следующие модули: СКВ — модуль счета импульсов (С) и положений выходных контактов реле (КВ); ТТС — модуль съема сигналов с термопар (Т) и термометров со­ противления (ТС); IU — модуль измерения токов (I) и напряже­ ний (U); ПО — модуль пульта оператора; КВВ — контроллер вво­ да-вывода информации на специальное табло отображения (ТО); СУ — модуль выдачи сигналов управления по току и напряже­ нию (IU) в виде импульсных сигналов (ИМ) и сигналов управле­ ния реле.

Рис. 13.30. Универсальная АСНИ предприятия с модулями дальней связи

Удаленная часть сети работает с применением повторителей сигналов ПрС с целью их усиления и дальнейшей передачи, кон­ троллеров оптической связи КОС по оптическому кабелю ОК. Применяются также радиомодемы передачи данных (РМ) на не­ сколько сот метров по радиолинии (PJI) прямой видимости на частоте 2,4 ГГц, а также специализированные контроллеры свя­ зи СКС.

В целом любые конфигурации АСНИ можно сформировать на основе стандартных блоков и плат, которые выпускаются ком­ плектно различными фирмами. В перечень стандартных элемен­ тов АСНИ включаются панельные персональные и одноплатные промышленные компьютеры, встраиваемые компьютеры, процес­ сорные модули, промышленные рабочие станции (ПРС), модули дополнительной памяти, многоканальные переключатели, кон­ соли, клавиатуры, устройства передачи данных, нормализато­ ры сигналов и клеммные платы, устройства удаленного сбора данных и управления, типовые конструктивы и шасси.

Так, ПРС на основе ПК, имеющие развитые панели отображе­ ния и управления, позволяют автоматически передавать данные оператору и от оператора, отображать информацию в удобном графическом и символьно-иллюстративном виде, вести непо­ средственно управление процессом испытаний ТО, в том числе автоматическое. Информация, поступающая на ПРС, может быть отображена в реальном масштабе времени, сохранена, обработана и представлена в удобном виде для управления через локальную сеть. ПРС имеют усиленную и защищенную от внешних воздей­ ствий конструкцию и повышенную надежность.

Таким образом, на современном этапе структура контроль­ но-диагностических комплексов типа АСНИ и их составляющие модули в значительной степени стандартизованы. При создании АСНИ выполняются следующие этапы работ применительно

ктипам и моделям ТО:

•сбор и анализ сведений о процессах, приводящих к появле­ нию повреждений и отказов;

•разработка методического обеспечения;

•анализ потоков информации и разработка информационно­ го обеспечения, выбор режимов диагностирования и контроля;

•выбор первичной датчиковой аппаратуры;

•выбор элементов системной части АСНИ (плат сбора и пере­ работки информации, компьютеров, процессоров, контроллеров, драйверов, устройств передачи данных, устройств удаленного доступа и управления, ПРС, нормализаторов сигналов и др.);

• монтаж первичной датчиковой аппаратуры на объектах контроля;

• монтаж системной и канальной частей АСНИ;

• проектирование и отладка ПО;

•проведение пусконаладочных работ по АСНИ в целом;

•испытания и сдача АСНИ в эксплуатацию.

Учитывая универсальный характер АСНИ на базе IBM-совме­ стимых компьютеров и сетевых адаптеров ряд функций АСНИ может быть расширен и совмещен с функциями управления про­ изводственными и технологическими процессами.

Контрольные вопросы

1.Назовите основные элементы структурной схемы АСД в составе АСУТП.

2.Как используются микропроцессоры в системах диагностики?

3.Перечислите этапы подготовки программного обеспечения АСД.

4.Назовите структуру программного обеспечения для диагностирова­ ния элементов промышленных роботов.

5.Как используются лазерные приборы при исследованиях станков?

6.Перечислите контролируемые параметры при диагностировании то­ карного модуля с ЧПУ.

7.В чем состоит смысл использования фазочастотных характеристик при диагностировании технических объектов?

8.Назовите основные элементы АСНИ на базе локальных компьютер­ ных сетей.

480 14. Управление точностью ТС на основе диагностической информации

Е сли параметр станка 1ШП, погрешность станка Дст и параметр точности детали Дд превышают установленные значения (т.е. выше нормы), то информация от датчиков Дс, Дп, Дтпоступает на АСД. Следует отметить, что тепловые процессы относятся к обратимым.

Погрешности станка формируют параметры точности обраба­ тываемых заготовок. Если параметры точности детали не превы­ шают установленные предельные значения («Да» на рис. 14.1), то обработку продолжают до конца.

В блоках АСД происходит постоянная обработка и сравнение поступающей информации о точности с предельно допустимыми значениями по каждому контролируемому параметру. Если пара­ метры детали в допуске («ДА»), то процесс обработки продол­ жается. Когда значения погрешностей Дд у обрабатываемых поверхностей увеличатся значительно и приблизятся к предельно допустимым Дпр (блок «Коррекция», Дд < Дпр), то автоматически вводится коррекция. Если же Дл > Дпр, то следует экстренный ос­ танов станка, включается звуковая и световая сигнализация. Для наглядности процесс управления точностью на рис. 14.1 показан упрощенно — на примере управления только по одному пара­ метру (тепловым деформациям).

При разработке организационной структуры АСД для управ­ ления точностью в автоматическом режиме вначале требуется провести комплекс подготовительных мероприятий: исследовать и выявить доминирующие факторы; оценить влияния конкрет­ ных погрешностей станка на погрешности детали. Задача управ­ ления точностью — не допустить выхода получаемого, фактиче­ ского диаметра за установленный (теоретический) размер dr (рис. 14.2). Должно выполняться условие управления:

Ац =

Аи < Ау,

где Аи — погрешность из-за износа резца; Ау — установленный (заданный) допуск на обработку.

Входное воздействие X в данном объекте управления — это координата точки 1 (задана в УП), с которой резец начинает об­ работку (снимает стружку).

Выходное воздействие У — это смещение резца в точку 2 при резании, которое датчики состояния преобразуют в электрические сигналы. Контроллер преобразует аналоговый сигнал в цифровой