Шестая лекция

Назначение и область применения управляющих ЭВМ.

По применению управляющие ЭВМ делятся на:

1) узкоспециализированные

2) общепромышленного назначения

1. Целесообразно использовать в следующем случае:

- алгоритм управления не сложен и не велик по объему

- управляющее устройство характеризуется повышенной на­дежностью

- алгоритм управления не изменяется существенно в про­цессе разработки и эксплуатации системы

- на потребляемую мощность, габариты и массу и другие эксплуатационные характеристики наложены жесткие ограничения

- потребность в устройствах данного типа довольно вели­ка.

2. Целесообразно использовать когда:

- вышеперечисленные 5 факторов не важны;

- разработка системы должна быть выполнена в сжатые сроки;

- система должна иметь разветвленную структуру прог­раммных средств;

• не используются большими париями, т.к. цена высока.

Отличия 1 от 2 состоит в том, что 1 оптимизируется на конкретно выполняемые функции для конкретной задачи.

Назначение:

в СУ ЭВМ предназначены для реализации устройства управ­ления, при этом они выполняют следующие функции:

1) прием информации от измерительных устройств, локаль­ных автоматических систем управления, устройств защиты и блокировки и других источников информации.

2) преобразование информации по заданному алгоритму уп­равления

3) выдача результатов на исполнительное устройство, оператору и другим потребителям

При этом ЭВМ подразделяются по решаемым задачам:

1) сбор данных и их обработка

2) управление в режиме разомкнутого контура (через опе­ратора)

3) программное управление пуском и остановом агрегата

4) прямое или непрямое цифровое управление процессом или агрегатом в режиме замкнутого контура.

В режиме разомкнутого контура.

ЭВМ собирает и обрабатывает данные, моделирует процессы в ОУ и на основе этой модели выдает советы. Применяют когда машине нельзя доверить принятие решения.

ЭВМ

Д

ОУ

ИМ

У ВВ

Человек

Пульт

управления

Режим непосредственного цифрового управления

ЭВМ выполняет те же задачи, но вместо выдачи советов выдаёт управляющий сигнал на ИМ.

ЭВМ

Д

ОУ

ИМ

У ВВ

Человек

Режим непрямого цифрового управления.

ЭВМ воздействует на ОУ не прямо, а через локальный ре­гулятор (ЛР), который является локальной системой управления. Кроме сбора информации и формирования управляющих воз­действий ЭВМ решает задачу вычисления оптимальных установок для локальной системы управления.

ЭВМ

Д

ОУ

ИМ

У ВВ

Локальный

регулятор

S

Иерархическая структура систем управления

ЭВМ

УЭВМ

Управляющая ЭВМ

УМЭВМ

УМЭВМ

УМЭВМ

ЛСУ ........ .....

ИУ

Понятие СУ

Д

УУ

ОУ

ИМ

СУ - совокупность некоторых элементов, предназначенных для реализации задачи управления и решающая следующие задачи:

1) сбор данных, т.е. преобразование физических величин, характеризующих состояние объекта управления в унифицирован­ные сигналы

2) обработка информации с целью преобразования в вид удобный для принятия решения

3) моделирование поведения объекта

4) принятие решений на основе собранной информации и модели

5) формирование управляющих воздействий

6) выдача управляющих воздействий

Когда не требуется реакция системы в течение заданного вре­мени, применяется пакетный метод выполнения программ.

1. Пакетный режим предполагает, что система не требует мгно­венной реакции системы. Режим ЭВМ - советчик. Принятие реше­ния осуществляется в ручную.

2. Для режима реального масштаба времени система должна от­реагировать за время, не превышающее минимально заданного или расчетного. Полоса пропускания управляющей ЭВМ очень влияет на устойчивость. Один из основных расчетов, который проводи при проектировании систем.

Устройство связи с объектом (УСО)

УСО предназначено для связи систем управления с электроавто­матикой объекта, физическими величинами и т.д.

Датчики Исполнительные устройства

Ан.

Ан.

Объект

Ц

Ц

Ввод

Вывод

ЭВМ

Ан.

Ан.

Ц

Ц

Объект описывается физическими характеристиками. Объект дол­жен иметь ДОС для преобразования физических величин в унифи­цированные электрические сигналы. Датчики подразделяются на аналоговые и цифровые.

Аналоговые:

1) генераторные (термопара);

2) параметрические (терморезистор);

Цифровые датчики выдают коды электрических сигналов. Цифро­выми называют часто бинарные датчики - выдают два сигнала (есть, нет). Выходное напряжение бинарного датчика должно быть 12 В или 24 В. Пример бинарного датчика: геркон. Аналого­вая цифровая системы ввода УСО предназначены для преобразова­ния аналоговых и цифровых физических величин, напряжений и токов, и их характеристик, форму, приемлемую для использования в ЭВМ. Форма, пригодная для использования в ЭВМ - это сигналы ТТЛ логики. Подсистема аналогового ввода осуществляет преоб­разование аналоговых напряжений и токов в цифровой код. Функции, выполняемые подсистемой аналогового ввода:

1) нормирование - усиление или ослабление сигналов усиление фильтрация - ограничение спектра преобразуемого сигнала сме­щение уровня преобразование тока в напряжение

2) коммутация сигналов, т.е. мультиплексирование аналоговых сигналов

3) аналого-цифровое преобразование

Подсистема аналогового вывода.

Существует три конфигурации:

1) с ЦАП в каждом выходном канале

2) с одним ЦАП, работающем в режиме разделения во времени и

с выходным запоминающим усилителем в каждом выходном канале.

3) комбинированный.

Первый вариант обладает высоким быстродействием и высокой ценой. Второй вариант обладает низкой ценой и низким быстродействием.

Подсистема цифрового ввода осуществляет:

1) ввод дискретных сигналов

2) подсчет повторяющихся сигналов.

Устройства: счетчики, регистры, блоки согласования.

Подсистема цифрового вывода осуществляет:

1) выработка цифровых (бинарных) управляющих сигналов для управления коммутирующими элементами (ключи, контакторы). Стандартное напряжение в коммутирующих цепях 110,220 В.

В цифровых подсистемах ввода и вывода применяются элементы гальванической развязки. Гальваническая развязка нужна для

отделения силовых и управляющих цепей.

МИКРОПРОЦЕССОРНАЯ СУ

Микропроцессорное СУ отличается наличием МП - электронных компонентов, которые в отличие от других электронных компо­нентов не обладают фиксированным набором функций. Его харак­теристики определяются во время проектирования системы с по­мощью процесса, называемого программированием. Для проекти­рования МП надо знать его непрограммируемые характеристики и методы проектирования программ. Электронные компоненты СУ, включая МП, называются аппаратными средствами и являются сравнительно жесткими, трудно поддающимися изменениям после их выбора и монтажа системы. Программные компоненты системы, создаваемые в момент проектирования и называемые программным обеспечением, относительно легко можно будет изменить, даже после того как система смонтирована.

Электронная плата:

В данной схеме невозможно сделать изменения. Для того, чтобы изменить программу, нужно снять элемент и перепрограммировать её.

Программное обеспечение меняется с помощью спецсредств дос­таточно легко. С целью облегчения и удешевления процесса про­ектирования оно должно проходить на системной основе. Сис­темное проектирование предъявляет определенные требования к циклу проектирования, заключается в применении определенных правил проектирования.

ЦИКЛ ПРОЕКТИРОВАНИЯ МП СИСТЕМЫ

1) Определение набора требований пользователя. Требования пользователя определяют, что пользователь хочет от системы, и что она должна делать. Требования пользователя (что должна и не должна делать система) определяется на основе информации о техпроцессе.

2) Строится функциональная спецификация. (техническое зада­ние), отличается от ТЗ тем, что нет правил на разработку техпроцесса.

Функциональная спецификация включает:

а) описание форматов сигналов ( на входе и выходе)

б) внешние условия, управляющие действиями системы

в) перечень функций аппаратных и программных, которые должна выполнять МП система для реализации функций объекта управле­ния.

Чем более тщательно и подробно описаны, детализированы все функции системы, тем проще процесс проектирование программных и аппаратных средств.

На проектирование функциональной спецификации уходит большое количество времени. Функциональная спецификация и требования пользователя являются критериями оценки при проектировании СУ.

3) Проектирование системы на основе функциональной специфи­кации. Для системы, содержащей только аппаратные компоненты (выбор конфигурации системы, определение параметров составля­ющих частей и способы их взаимосвязи), аппаратура конструиру­ется, тестируется, объединяется в единое целое, после чего оцениваются её технические характеристики. Для систем с МП требуется проектирование как программных, так и аппаратных средств. При этом необходимо определить аппаратную и прог­раммную конфигурации, определить из каких частей должна сос­тоять система и как эти части должны быть взаимосвязаны. Ап­паратная часть проектируется с помощью стандартных методик проектирования аппаратуры, программное обеспечение строится путем преобразования алгоритма в язык программирования МП. Оно тестируется совместно с аппаратурой.

Цикл проектирования аппаратных программных средств может ид­ти параллельно.

Выявление требований пользователя

Разработка технического задания

Проектирование системы

Проектирование

Апп. части

Проектирование

Програм. части

Конструирование

Апп. частей

Написание программ

Объединение

Апп. частей

Объединение

ПО

Объединение систем

Оценка системы

ТРЕБОВАНИЯ ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ И ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СПЕЦИФИКАЦИЯ

ТП определяет, что хочет пользователь. Чтобы получить четкую информацию о функциях системы, необходимо заранее составить ряд вопросов, которые необходимо обсудить с потребителем.

Пример: Охранная сигнализация. Список вопросов:

1) Какие типы нарушений необходимо обнаруживать.

2) Какие действия требуются при обнаружении нарушителя

3) Какие другие особые действия необходимо предпринять.

Задавая вопросы и получая ответы, проектировщик получает ин­формацию о технологическом процессе. Функциональная специфи­кация (ФС) должна определять какие функции должны выполнять­ся для удовлетворения ТП и обеспечения интерфейса между сис­темой и окружением.

ФС включает:

1) список функций, выполняемых системой

2) описание интерфейса между системой и пользователем

Т.к. система проектируется на основе информации, входящей в ТП, а также на основе ФС, очень важно, чтобы функции, кото­рые должны отрабатываться системой управления, были расписаны достаточно подробно.

Пример ФС:

1) какие средства надо предусмотреть для обнаружения несанк­ционированного открывания дверей или окон.

2) какие средства надо предусмотреть для обнаружения движе­ния.

3) какие средства надо предусмотреть для предупреждения на­рушителя и вызова помощи.

4) какие средства необходимо предусмотреть в случае забыв­чивости оператора для восстановления системы.

5) какие средства необходимо предусмотреть для управления системой.

6) какие средства необходимо предусмотреть для предотвраще­ния ложных тревог.

Ответы на вопросы ФС:

1) для обнаружения несанкционированного открытия дверей и окон должны использоваться контактные детекторы

2) для обнаружения движения должен использоваться ультразву­ковой детектор движения

3) с целью предотвращения ложной тревоги движение должно контролироваться в течение не менее 5 секунд

4) оператор должен быть предупрежден о том, что он должен восстановить систему, предупреждение осуществляется с помощью визуального сигнала, который должен включаться за 60 секунд до того как будет подан сигнал звуковой тревоги. Если система восстановлена в течение 60 с., для предупреждения нарушителя и вызова помощи включается сигнал звуковой тревоги

5) для управления системой и её восстановления должен ис­пользоваться кнопочный переключатель

ФС состоит из следующих частей:

Часть А:__ ВХОДЫ

Необходимо описать электрические характеристики выходов дат­чиков

1. Контактный детектор - пределы коммутации

2. Детектор движения - ТТЛ

3. Переключатель - предельный коммутационный ток

Часть В:__ ВЫХОДЫ

1. Визуальный сигнал - лампочка Ильича, 40 Вт. 220 В.

2. Звуковой сигнал - радио.