- •Глава 2 автоматизация производства в машиностроении. Общие понятия и определения
- •Роль и значение автоматизации
- •Автоматизация производственных и технологических процессов
- •Уровни автоматизации производственных процессов.
- •Современные черты автоматизации производства машин
- •Основные направления развития автоматизации производства
- •Автоматизация управления и контроля в производстве
- •Первичные преобразователи (датчики)
- •Свойства и разновидности измерительных преобразователей
- •Измерительные цепи
- •Контактные резистивные преобразователи
- •Реостатные и потенциометрические преобразователи
- •Электромагнитные первичные преобразователи
- •Емкостные первичные преобразователи
- •Пьезоэлектрические преобразователи
- •Тензометрические преобразователи
- •Оптические преобразователи
- •Тепловые преобразователи
- •Терморезисторы
- •Усилители
- •Электромашинные усилители
- •Гидро- и пневмоусилители
- •Корректирующие устройства
- •Переключающие устройства и распределители
- •Электромагнитные реле.
- •Электромеханические муфты
- •Логические элементы
- •Аналого-цифровые и цифроаналоговые преобразователи
- •Задающие устройства
- •Исполнительные устройства
- •Управляемые исполнительные электродвигатели постоянного тока
- •Двигатели переменного тока
- •Электромагниты
- •Синхронные шаговые двигатели
- •Гидравлические серводвигатели
- •Пневматические серводвигатели
- •Исполнительные механизмы
- •Электропривод
- •Гидропривод
- •Пиевмопривод
- •Системы автоматического регулироваиия
- •Регуляторы
- •Средства управления
- •Микропроцессоры и эвм в системах управления
- •Устройства сопряжения эвм с объектом управления
- •Программное обеспечение систем управления
- •Математическое обеспечение эвм
- •Алгоритмы
- •Операционная система.
- •Программы.
- •Программируемые логические контроллеры
- •Системы числового программного управления
- •Автоматизация производства на базе гибких производственных систем и робототехники
- •Технологические предпосылки автоматизации на базе гибких производственных систем и робототехники
- •Современные гибкие производственные системы
- •Автоматизироваиные рабочие места
- •Системы управления промышлениыми роботами
Устройства сопряжения эвм с объектом управления
Для ввода непрерывных сигналов от датчиков в регулятор, поетроеннъiй на базе ЭВМ, и для передачи цифрового управляющего воздействия на привод системы управления, требующий обычно сигнала в аналоговой форме, используются аналого-цифровые (АЦП) и цифроаналоговые (ЦАП) преобразователи. В специализированных ЭВМ АЦП и ЦАП располагают непосредственно в ЭВМ.
ЭВМ общего назначения должна быть оснащена дополнительным внешним устро~ством связи с обьектом (УСО), предназначенным для сбора сигналов от датчиков и rтреобразования их в цифровую форму, а также для преобразования управляющих воздействий в аналоговую форму. Дополнителъно в функции УСО может нходить коррекция нелинейности характеристик датчиков, устранение систематических погрешностей и первичная обработка данных. В этом случае главной функцией ЭВМ является записъ данных от УСО на магнитный диск и обслуживание дисплея.
Различают пассивные УСО, работающие под контролем центральной ЭВМ, простые, дешевые, но еравнительно медленные, так как их быстродействие ограничивается быстродействием са-
мой ЭВМ, и активные УСО, построенные на базе отдельной микроЭВМ, практически не требующие ресурса центральной вычислительной машины, в которую они входят, по быстродействик~ часто ее превосходящие и пригодные для сложной обработки данных. Иногда обработка данных в УСО настолько сложна~, что УС(> представляет собой специализированную ЭВМ, по сложности превосходящую ЭВМ, для которой применяется данное УСО.
Алгоритм работы активных УСО определяется программамьn загружаемыми в УСО из ЭВМ, что повышает гибкость УСО. Передача слабых сигналов от датчиков по ддинным линиям связи к ЭВМ нежелательна в связи с искажающим действием помех, поэтом~ часто используют удаленное (от центральной ЭВМ) УСО, пре дельно приближенное к датчикам и соединенное с центральноi~ ЭВМ, сетью или цифровой линией связи, значительно превосходящей по помехоустойчивости аналоговые линии связи с датчика ми. Удаленное УСО - обязательно активное, так как для обслужия вания цифровой линии передачи требуется микропроцессор.
Обычно УСО способны обрабатывать следующие виды вхол ных сигналов:
аналоговый, при этом измеряемая величина кодируется урон нем напряжения с датчика. Сигнал подвержен влиянию помехn меняющей уровень напряжения, поэтому чем короче линия cвsi зи между датчиком и УСО, тем меньше влияние помехи и точнс~ данные. Сигнал в УСО проходит через АЦП для преобразования v цифровую форму;
импульсный последовательный, в этом случае измеряемая в~ личина кодируется серией импульсов постоянного уровня (обыо но 5,12 В), например сигнал от фотодатчика перемещения. Эле". тромагнитные помехи незначительно изменяют амплитуду импулv. сов, не изменяя их числа, поэтому помехоустойчивость такоi ~ ~ сигнала выше и линии связи могут быть длиннее. Сигнал не прг~ пускается через АЦП;
импульсный параллельный, измеряемая величина котороi~~ кодируется набором импульсов (8 ... 12 шт.) напряжением око_ n ~ 5 В, поступающим параллельно одновременно, например, с циу рового вольтметра. Сигнал помехоустойчив, не требует преобразот~ ния в цифровую форму;
инициативный импульсный сигнал, например аварийный си~ нал от конечного выключателя.
Виды выходных сигналов УСО:
дискретный импульсный последовательный сигнал, напримri~ импульсы, подаваемые ка шаговый двигатель или реле; аналоговый сигнал, например, поступающий на вход усилиn ~ ля для управления электродвигателем.
Подсистема аналогового ввода УСО предназначена для дисг ретизации входных аналоговых сигналов по времени и уровЕ-i n а также кодирования результатов обычно целым числохт. Подсистема включает в себя (рис. 3.59, а):
• устройство управления, которое получает из ЭВМ номер опрашиваемого канала (номер датчика), выдает на коммутатор номер канала, а на преобразователь - коэффициент усиления длsi масштабирования сигнала, принимает от АЦП иифровой код замера и передает код в ЭВМ;
• коммутатор (мультиплексор или переключатель), выполняемый обычно на быстродействующих полупроводниковых ключах (время переключения, включая времп стабилизации выходного сигнала, составляет 1...3 мкс) и соединяюи~ий заданный датчик с преобразователем;
• преобразователь, приводящий сигналы от разных датчикои Д к стандартному интервалу входных напряжений АЦП для уменьшения погрешности АЦП;
• спеииальный АЦП, преобразующий аналоговый сигнал в цифровой код, поступаюиlий на объект управления ОУ.
Подсистема аналогового вывода предназначена цля преобразования серии чисел Х;, поступающих из ЭВМ на УСО, в непрерывный аналоговый сигнал Х(t) путем экстраполяции уровня выходного сигнала по времени до прихода следуюит,его входного числа Х;+,. Подсистема (рис. 3.59, б) состоит:
• из устройства управления, принимающего от ЭВМ номер выходного канала и код уровня ситнала, передающего код на ЦАП и номер выходного канала на коммутатор;
• экстраполяторов, прогнозируюших по истории сигнала Х;_~, Х,-_,, Х; его изменение для времени после прихода последнего кода Х,(часто вместо прогноза интерполятор поддерживает на выходе постоянное напряжение, соответствующее последнему коду Х;, при этом на каждый выхопной канал нужен сво4т экстраполятор.
цасто используют пары ЦАП-экстраполятор (рис. 3.59, в). Встроенные УСО подключаются через контроллер кепосредственно к шине ЭВМ, чем обеспечивается высокая скорость передачи данных между УСО и ЭВМ (порядка 5 Мбайт/с). Удаленные УСО подключаются к ЭВМ через цифровую линию евязи и так называемый последовательный интерфейс ЭВМ, когца биты передаются последовательно по 3- или 4-жильному кабелю (1 или 2 жилы используются для управления передачей) со скоростью порядка 1 ...2 Кбайт/с на расстояние до 15 м.