Общие понятия об автоматизации управления объектами с помощью микроЭВМ

Под автоматической системой управления объектом понимается такая система, которая с помощью различных средств измерительной техники производит сбор информации о состоянии объекта, обработку этой информации и по разному формирует управляющие сигналы, которые с помощью различной регулирующей и управляющей техники воздействуют на объект.

Рисунок 1. Схематическое изображение автоматической системы управления объектом с помощью УЭВМ

УЭВМ и объект управления образуют автоматические системы управления, при этом …. Являются взаимодополняемыми понятиями, их описание и моделирование составляет основу любой задачи автоматизации.

Система как реальный объект или абстрактное понятие состоит из ряда элементов и соответствующих связей между ними. Каждая система характеризуется структурой, свойствами и окружающей средой. Носителями информации в системе являются физические величины или сигналы.

Процесс есть временная последовательность в системе, при которой происходит процесс преобразования и передачи вещества, энергии и информации.

Переменные процессы разделяются:

1. Входные величины (независимые переменные):

а) управляемые входные воздействия;

б) неуправляемые входные величины (измеряемые и неизмеряемые

помехи);

2. Параметры состояния (зависимые переменные) – характеризуют

промежуточные параметры протекания процесса и не являются

непосредственно выходными параметрами.

3. Выходные величины (зависимые переменные) – управляемые

параметры, характеризующие результат проведения процесса.

Рисунок 2. Схематическое изображение переменных процессов

Информация передается с помощью различного рода сигналов носителями, которыми являются различные физические величины, которые могут быть либо функцией времени, либо пространства.

Все сигналы делятся на два класса: аналоговые и дискретные.

Аналоговые сигналы описываются непрерывными математическими функциями, а дискретные разрывными функциями.

Аналоговые сигналы

а) переменный (многомерный б) постоянный (медленно

сигнал) изменяющийся сигнал)

Рисунок 3. Аналоговые сигналы

Параметр сигнала, посредством которого передается информация, называется информационным параметром, это может быть частота, амплитуда и фаза для переменных сигналов, длительность и фаза импульсов, их количество и пространственное распределение по первой или нескольким линиям и составляет информационные параметры сигналов.

Дискретные сигналы

а) импульсное б) фазовое в) широтное

регулирование регулирование регулирование

Рисунок 4. Дискретные сигналы

К дискретным сигналам относятся цифровые сигналы.

Рисунок 5. Цифровые сигналы

С электронной точки зрения цифровой сигнал представляет собой импульс, поэтому многие импульсные сигналы могут обрабатываться с помощью микроконтроллера как одноразрядный цифровой сигнал, при условии нормирования импульса. Цифровые сигналы могут передаваться параллельно, либо последовательно.

Параллельная передача сигнала предусматривает передачу всех битов одновременно по нескольким линиям связи. Последовательная передача по одной линии.

а) параллельная б) последовательная

Рисунок 6. Передача данных

Общая структурная схема сопряжения УМК и объекта

Любая микропроцессорная система управления, кроме УМК и объекта, содержит дополнительные функциональные элементы измерительной, преобразовательной и управляющей техники. Они служат для сбора параметров состояния объекта (входные параметры УМК) и для воздействия регулирующих величин на объект (выходные параметры УМК). Сюда входят:

1) устройства сбора информации;

2) устройства подготовки информации (усилители, фильтры, гальваническая

развязка);

3) устройства преобразования информации из аналоговой формы в цифровую

и наоборот (АЦП, ЦАП, компараторы);

4) устройства использования информации или управляющие устройства.

В общем виде микропроцессорная система может использовать все виды сигналов.

Рисунок 7. Система объединения УМК и объекта

В единую систему УМК и объект объединяются с помощью внешних устройств сопряжения, основная задача которых, с одной стороны, это преобразование сигналов объекта в основную для УМК форму (цифровую) при их входе, с другой стороны преобразование цифровых сигналов УМК в соответствующие объекту виду управляющих сигналов, а так же упорядочение процедуры передачи и поддержка процесса передачи сигналов.

Устройства сбора информации подразделяются на устройства получения информации (датчики различных физических величин и состояний). В электромеханических системах используются токовые шунты, трансформаторы тока, измерительные трансформаторы напряжения, делители напряжения, бесконтактные датчики тока и напряжения, тахогенераторы, импульсные датчики, термопары, терморезисторы, полупроводниковые датчики, тензодатчики.

Устройства подготовки информации. Датчик преобразует измеренную величину в отображаемый сигнал, а усилитель отображаемый сигнал в выходной, при этом выходные сигналы всех каналов измерения должны быть унифицированы (приведены к одному уровню сигналов АЦП).Это могут быть нормирующие усилители, усилители мощности и согласования последующего каскада, фильтры помех, устройство гальванической развязки измерительных контуров.

Устройства преобразования информации. Большинство сигналов в электромеханических системах аналоговые, при вводе информации используется АЦП, при выводе – ЦАП. Поскольку в системах используются измерения пороговых аналоговых величин, эту роль исполняет компаратор.

Устройства использования информации (управляющие устройства). Под использованием информации понимается процесс реализации (отработки) управляющих сигналов, полученных как результат обработки УМК входных сигналов, при этом могут использоваться различные устройства автоматического воздействия на объект (реле, контакторы, пускатели, электронные полупроводниковые приборы и устройства на их основе, исполнительные электрические двигатели и т. п.). Могут быть простыми и сложными, состоящими из нескольких каскадов и устройств. Исполнительные устройства состоят из исполнительного привода и исполнительного органа, оказывающего непосредственное влияние на процесс. На вход управляющего привода подается управляющий сигнал, а с его выхода на вход исполнительного органа устанавливающий сигнал. В некоторых случаях под исполнительным приводом понимается согласующее буферное устройство.

На вход исполнительного привода подается управляющий сигнал от УМК, а с выхода исполнительного привода устанавливающий сигнал на вход исполнительного органа.

Рисунок 8. Исполнительное устройство управления в различных исполнениях

Дата добавления: 2014-01-14