Структура и основные функции УВМ

Управляющие устройства могут быть построены на дискретных элементах или выполнены в виде УВМ. Булем считать, что управляющее устройство выполнено на дискретных элементах, если в нем функции управления реализуются без применения процессоров. И напротив, если основные логические и арифметические операции, необходимые для осуществления процесса управления, реализуются с помощью микропроцессорных конструкций, то такое управляющее устройство является УВМ. Современная управляющая вычислительная машина — это управляющее устройство, построенное на базе микроЭВМ и их комплексов.

Управляющие устройства на дискретных элементах, такие как магнитные пускатели и аналоговые системы управления электроприводами, применяются в АСУТП на нижних уровнях управления, а на верхних уровнях управления применяются исключительно УВМ (см. рисунок 1). Тем не менее, многие функции УВМ, связанные с вводом, выводом, отображением и преобразованием информации, реализуются на дискретных элементах, не входящих в микропроцессорные комплекты, таких как клавиатура, дисплей, магнитные запоминающие диски и дискеты, аналого-цифровые и цифроаналоговые преобразователи и др.

Структура УВМ в составе АСУТП представлена на рис. 2. Конструктивно УВМ выполняется в виде пульта управления (ПУ) и процессорного (системного) блока (ПБ). На рис. 2 показано, что УВМ управляет технологическим объектом (ТО) с параметрами Y посредством управляющих сигналов X. Пульт управления является основой рабочего места оператора, осуществляющего контроль работы АСУТП. Через ПУ поступает исходная информация в виде управляющих программ (УП), считываемых с магнитных дисков и дискет внешнего запоминающего устройства (ВЗУ).

С помощью клавиатуры ПУ оператор может составлять и корректировать управляющие программы и контролировать ход управляемого технологического процесса, а дисплей ПУ представляет оператору визуальную информацию о ходе ТП и содержании УП. С помощью принтера производится распечатка отчетно-справочной информации о выполнении производственных заданий. Обмен информацией в УВМ осуществляется через стандартные устройства ввода-вывода (УВВ). Они состоят из параллельного и последовательного интерфейсов (портов), причем для связи внутри ПБ обычно используется параллельный интерфейс. Через последовательный интерфейс реализуется связь с отдаленными корреспондентами, прежде всего с ЦУВМ, если она есть.

Информация, поступающая в ПБ с пульта управления или непосредственно от ЦУВМ через УВВ, запоминается в устройствах памяти — запоминающих устройствах (ЗУ), состоящих из постоянного (ПЗУ) и оперативного (ОЗУ) запоминающих устройств. В ПЗУ содержится операционная система УВМ, инструментальное программное обеспечение для создания УП, сами УП и общие сведения об управляемом технологическом объекте. В ОЗУ хранятся управляющие программы, находящиеся в работе, и текущая информация о ходе реализуемого технологического процесса, состоянии технологического оборудования и самой УВМ.

Основным устройством, осуществляющим переработку поступающей информации в УВМ и выдачу управляющих сигналов, является центральный процессор (ЦП), состоящий из арифметико-логического (АЛУ) и управляющего (УУ) устройств. А^1У осуществляет арифметическую и логическую обработку информации с выработкой управляющих сигналов, а УУ определяет, какие арифметико-логические операции и в каком порядке должно реализовать АЛУ в соответствии с заданной программой. Специфическими устройствами, отличающими УВМ от обычных ЭВМ, являются устройства связи с объектом (УСО) и модули обработки технологической информации (МОТИ).

УСО — это модули прямой связи управления. Они преобразуют приходящие с процессора управляющие сигналы, чтобы согласовать их с входными цепями ТО, в то время как МОТИ преобразуют приходящие с ТО сигналы обратной связи (сигналы Y) о параметрах ТО. Если рассматриваемая на рисунке 2 УВМ является для данного ТО центральной, то она управляет входящими в состав ТО локальными УВМ. В таком случае и УСО. и МОТИ, показанные на рис. 1.2. состоят из стандартных УВВ. объединяющих все УВМ данной АСУТП в информационную и управляющую локальную сеть. Если же рассматривать УВМ, показанную на рисунке 2, как локальную, то УСО должны обеспечивать согласование управляющих сигналов УВМ с входными цепями различных дискретных цифровых и непрерывных (аналоговых) управляющих устройств нижнего уровня управления, на котором обычно производится управление электроприводами (см. рисунок 1).

Основные функции модулей УСО в составе ЛУВМ:

· усиление управляющих сигналов с соответствующим преобразованием их по уровню и виду;

· преобразование кодов цифровых управляющих сигналов (параллельного кода в последовательный и др.);

· цифроаналоговое преобразование сигналов перед подачей их на аналоговые управляющие устройства;

· потенциальное разделение цепей управления.

В ЛУВМ МОТИ должны совершить обратное преобразование сигналов образной связи, идущих от управляющих устройств нижнего уровня управления и от технологического оборудования, к виду, приемлемому для системы сигналов, циркулирующих в УВМ. МОГИ производят:

· согласование уровней дискретных сигналов обратной связи и УВМ;

· аналого-цифровое преобразование аналоговых сигналов обратной связи, поступающих от аналоговых управляющих устройств и исполнительных механизмов;

· преобразование кодов цифровых сигналов обратной связи (последовательного в параллельный и др.);

· потенциальное разделение цепей управления.

В качестве примеров преобразования выходных сигналов УВМ приведем преобразование дискретного управляющего сигнала уровня до 5 В и до 5 мА тока (но предназначенного для включения контактора переменного тока) в переменное напряжение ПО В с током до 2 А, а также преобразование цифрового сигнала, предназначенного для управления электроприводом, в стандартное задающее напряжение в пределах 0... 10 В. Примером преобразования сигналов обратной связи может служить преобразование сигналов конечных выключателей, переключающих постоянное напряжение 24 В, в стандартный сигнал УВМ напряжением до 5 В. Таким же примером может быть счет импульсов датчиков перемещения, в результате которого перемещение фиксируется в УВМ в виде числа отсчитанных импульсов.

Устройства УСО и МОТИ выполняются в виде модульных конструкций. объединяющих в себе несколько канатов однотипных преобразователей, таких как преобразователи уровней, аналого-цифровые преобразователи и др. При необходимости такие устройства строятся на базе микропроцессоров, например модули правления сервоприводами.

Контрольные вопросы

1. Каковы основные залами, решаемые АСУТП? Дайте определение АСУТП.

2. Что такое целевая функция и какова ее роль в функционировании АСУТП?

3. Опишите реализацию основных функций АСУТП нулем стабилизации параметров.

4. Опишите реализацию основных функций АСУТП путем программного управления.

5. Каковы особенности автоматической оптимизации техпроцесса в течение его реализации?

6. В чем состоит иерархический принцип управления?

7. Опишите типичную трехуровневую иерархическую структуру АСУТП.

8. Что такое УВМ? Дайте определение и опишите структуру УВМ в составе АСУТП.

9. Опишите основное назначение центрального процессора и запоминающих устройств в составе УВМ.

10. Что такое УСО? Опишите основные функции УСО и МОТИ в составе УВМ. Приведите примеры.

Дата добавления: 2014-01-11