Автор работы: Пользователь скрыл имя, 24 Декабря 2013 в 19:26, курсовая работа
В курсе лекций изложены основные вопросы дисциплины «Управление техническими системами. Приведены основные принципы теории автоматического управления, законы регулирования и характеристики систем. Рассмотрена классификация и виды датчиков, применяемых в различных системах управления. Освещены общие вопросы автоматического регулирования станков с программным управлением. Описаны схемы управления технологическим оборудованием.
В общей сложности в программе может быть много тысяч команд, которые необходимо составить и отработать, а затем записать в ПЗУ.
Структурная схема типового секционного МП показана на рисунке 39, МП состоит из двух функциональных модулей: микропрограммного устройства управления (МПУУ) и операционного устройства (ОУ), построенного из отдельных секций. МПУУ включает в себя: память микрокоманд (ПМК), которая предназначена для хранения принимаемых команд; контроллер последовательности микрокоманд (КПМК), основным назначением которого является реализация управляющих структур (фрагментов), встречающихся в микрокомандах. Таким образом, контроллер обеспечивает дешифрацию кода операции команды для обращения к первой микрокоманде микропрограммы, формирует адреса следующих микрокоманд, как линейной последовательности, так и условных или безусловных переходов к микропрограмме. Кроме того, некоторые контроллеры могут хранить признак переходов, управлять прерываниями на микропрограммном уровне. Как правило, в комплект микропроцессора входят модули контроллеров последовательности микрокоманд для организации управления в различных режимах.
Рисунок 39 - Структурная схема типового секционного микропроцессора
МПУУ работает следующим образом. Код операции (КОП) с регистра команд поступает на вход контроллера последовательности микрокоманд (КПМК), и на выходе регистра адреса микрокоманды (РАМК) контроллера формируется адрес первой микрокоманды (АМК) выполняемой микропрограммы. Микрокоманда, подлежащая реализации в текущем микрокомандном цикле, считывается из памяти в регистры микрокоманд (РМК).
Микрокоманда содержит три основных поля, содержание которых хранится в соответствующих узлах:
1) поле кода микрооперации (КМО), определяющее вид операции, выполняемой одним из устройств микро-ЭВМ;
2) поле, в котором закодированы признаки результата (КПР), поступающие из ОУ в контроллер и анализируемые контроллером при выполнении команд условного перехода по данным признакам условия;
3) поле, в котором содержится код адреса для формирования адреса следующей команды (АСМК). После выполнения считанной микрокоманды цикл повторяется. Управляющие сигналы микрокоманд подаются в соответствующие устройства микроэвм.
ОУ предназначено для выполнения всех арифметических и логических операций. ОУ собирают из секций процессорных элементов, каждый из которых содержит арифметико-логическое устройство (АЛУ), регистры общего назначения (РОН), аккумулятор (А) — накапливающий регистр, дешифратор микрооперации (ДШМО), буфер данных (БД) и буфер адреса (БА), позволяющие временно хранить адрес (Л) и данные (Д).
Одной из особенностей ОУ является вертикальное разбиение, что требует меньшего числа передач кодов между отдельными БИС. Шины данных, шины адреса и кода микроопераций объединяются в общую магистраль. Основными достоинствами секционных МП являются возможность разработки микроЭВМ с максимальным соответствием структуре характеризуемых задач, исключение избыточности структуры и разрядов, выбор произвольной нестандартной разрядности. Наличие независимых адресных шин и шин входных и выходных данных (шины адресов и данных могут быть различных форматов) позволяет организовать сопряжение с памятью и периферийными устройствами без использования мультиплексирования.
2. Программируемые логические микроконтроллеры (ПЛМК) в основном ориентированы на реализацию логических функций и используются вместо релейных схем управления, т.е. для управления полупроводниковыми схемами электроавтоматических устройств технологических объектов.
ПЛМК реализуют функции командоаппаратов и микроконтроллеров и создаются на базе микроЭВМ. Данные микроЭВМ можно рассматривать как универсальную программно-настраиваемую модель цифрового управляющего автомата. Возможность применения ПЛМК в качестве универсального локального устройства управления разными технологическими процессами достигается путем внесения в ПЛМК программы, определяющей алгоритм работы конкретного объекта управления без изменения его электрической структуры.
В состав ПЛМК, как минимум, входят логический микропроцессор с блоком управления, оперативная память, пульт настройки и загрузки управляющей программы и устройство связи с объектом управления (Рисунок 40).
Рисунок 40 - Программируемый логический микроконтроллер
На рисунке 40 представлена обобщенная структурная схема ПЛМК, в который входят различные устройства. Центральный логический процессор (ЦЛП) обеспечивает логическую обработку поступающей информации в соответствии с записанной программой в памяти программы и моделирует конкретную релейную схему. Устройство управления логического процессора опрашивает все входы и выходы блока регистров, производит логическое сравнение состояния входов и выходов и по результатам сравнения включает или выключает те или иные исполнительные органы через схему устройства связи с объектом управления. Микроконтроллер с помощью программного таймера и счетчика последовательно, строка за строкой, опрашивает (сканирует) память программ и с помощью ЦЛП производит вычисления логических функций согласно уравнениям, поступающим из памяти программ, и заносит вычисленные значения в память данных. После того, как опрос памяти окончился, устройство управления микроконтроллера выполняет обмен данными между входными и выходными регистрами блока регистров и памятью данных. Затем опрос памяти программ повторяется от начала до конца.
Таким образом, опрос памяти программ и обмен данными периодически повторяется в процессе управления. Однократный проход логического процессора по всей программе называют циклом полного опроса (сканирование) памяти, а время, в течение которого этот цикл исполняется, временем цикла. Оно характеризует быстродействие микроконтроллера.
Программируемые логические микроконтроллеры реализуют относительно простые функции управления и обладают рядом важных особенностей. Первая из них заключается в том, что циклы непрерывно повторяются в режиме управления объектом. Циклы состоят из отдельных фраз следующего содержания: «фотографирования» состояния узлов объекта (опрос выходов), переработки данных совместно с данными новой фразы и выдачи управляющих сигналов на исполнительные органы. «Фотографирование» состояния объекта управления в данный момент времени реализуется вводом в соответствующие ячейки памяти сигналов опроса состояния объекта (получение ответов от соответствующих аппаратов).
Вторая особенность ПЛМК заключается в том, что для программирования используют простейшие специализированные, но эффективные языки программирования или языки символического задания алгоритмов управления: простые, описывающие релейно-контактные схемы; логических функций; описывающие УП с помощью операторов управления; символического кодирования и т. д.
Третьей особенностью ПЛМК является то, что они могут функционировать без постоянного обслуживающего персонала в процессе эксплуатации.
3. Широкие возможности для построения устройств ЧПУ открывает применение микропроцессоров и мини-ЭВМ.
Алгоритм функционирования станка или группы станков зависит от сложности конфигурации обрабатываемой детали, получения требуемых точности обработки и шероховатости поверхности.
Для решения задач обработки деталей простой конфигурации при невысоких требованиях к точности и качеству обработки алгоритм функционирования должен быть достаточно простым.
Процессор ЭВМ в этом случае может быть выполнен на базе стандартных блоков, из которых создается управляющее устройство. Оно воспроизводит модель управления станком, допускает параллельное выполнение операций, реализующих несложные функции. Такие управляющие устройства получили название цифровых моделей. Промышленность выпускает такие системы ЧПУ типа Н22, НЗЗ, построенные на микроэлектронных элементах. Они предназначены для управления станками и осуществляют позиционирование, прямоугольное и контурное (в плоскости) управление. Перестройка алгоритмов управления в таких системах невозможна.
Микро ЭВМ отличаются от мини-ЭВМ меньшими разрядностью слова и объемом памяти, реализованы на минимальном числе интегральных схем с большой степенью интеграции и служат для создания автоматических систем управления несложными объектами; устройств связи с мини-ЭВМ, персональными компьютерами (ПК) и др.
Переход от многокристалльного микропроцессора к одно-кристалльному и, наконец, к микроЭВМ, размещенной на одном кристалле, создает наибольший экономический эффект при реализации упрощенных ЭВМ. Многокристальные микропроцессоры обладают большей функциональной полнотой, вычислительной мощностью и производительностью и наиболее эффективны при построении микро- и мини-ЭВМ для управления более сложными установками и технологическими процессами.
1. Принцип построения СЧПУ основан на том, что управление действует согласно заданному алгоритму, определенному управляющей программой в соответствии с первичными сведениями об управляемом объекте, технологическом процессе и его параметрах, а также коррекции и перестройке алгоритма управления на основании полученных вторичных сведений об управляемом объекте (сведения об изменении исходных данных, отклонение фактических параметров от тех значений, которые предусматривались в УП, и т. д.).
СЧПУ с такой организацией управления получила название адаптивной СЧПУ. Для подобной системы УП формирует цель управления (алгоритмы управления, определяющие траекторию движения рабочих органов, их скорости, а также другие технологические параметры и команды на основании известных сведений об объекте управления, заготовке, приемах обработки, инструменте и т. д.), к которой должна стремиться система управления. Таким образом, для адаптивных СЧПУ записанная УП, определяющая заданный алгоритм управления объектом и заданные параметры, является информацией о целях управления, и при изменении обстановки в управляемом объекте такая система будет адаптироваться, менять дисциплину управления с учетом изменившихся конкретных условий, т. е. устройство управления будет вырабатывать дополнительные инструкции управления к существующей УП.
В универсальных УЧПУ, создаваемых на базе микроЭВМ для обеспечения адаптивного управления, создаются специальные интерфейсные модули для связи объекта управления с УЧПУ по адаптивному управлению. Причем создаются также дополнительные модули в виде программируемых микроконтроллеров для реализации адаптивного управления в объекте. Интерфейсный модуль включает в себя дополнительные аналого-цифровые преобразователи для преобразования сигналов датчиков, измеряющих всевозможные технологические параметры во время управления, которые преобразуются в цифровой код. Кроме того, применяются программируемые микроконтроллеры для обработки вторичной информации и введения ее в основную УП. Все перечисленные выше модули, как правило, управляются от центрального процессора микроЭВМ.
В УЧПУ, построенных на базе микроЭВМ, в ЗУ хранится специально разработанное математическое и программное обеспечение для организации адаптивного управления совместно с ЧПУ.
На рисунке 41 показана структурная схема универсального УЧПУ с блоком адаптации (АЦП адаптации), предусматривающим реализацию адаптивного управления объектом. Универсальное УЧПУ построено на базе микроЭВМ «Электроника-60», в которую входят ЦП, ЗУ и ПЗУ, магистральный канал ЭВМ. Кроме модуля адаптации в УЧПУ входят следующие модули: интерфейс связи с пультом коррекции (СПК), интерфейс связи с печатающими устройствами (ПУ) и электрической печатающей машинкой (ЭПМ) интерфейс связи с блоком отображения символьной информации (БОСИ)у интерфейс связи с фотосчитывающим устройством (ФСУ), интерфейс связи с перфоратором, интерфейс связи с кассетным накопителем на магнитной ленте (КНМЛ)У интерфейс связи с блоком преобразования кодов и блоками умножения (БУ, БПК), интерфейс связи с ЭВМ более высокого ранга.
Рисунок 41 - Структурная схема адаптивной СЧПУ
Канал ЭВМ через интерфейс связи с технологическим объектом (ТО) связан с внешними устройствами через дополнительную магистраль связи с объектом управления. Таким образом, интерфейс связи с ТО управляет обменом информацией между микроЭВМ и внешними устройствами, расположенными на объекте управления.
Для связи УЧПУ с объектом управления служат следующие блоки, выполненные в виде стандартных модулей (блоки, обслуживающие рабочие органы объекта управления); блок выходных и входных сигналов, блок связи с шаговым приводом (БСШП), интерфейс связи с приводом, питающимся и управляемым тиристорным преобразователем с ЧИМ- или ШИМ - управлением; модуль связи с датчиками обратной связи (АЦП ДОС), которые измеряют всевозможные технологические параметры, следовательно, этот модуль можно частично использовать для получения вторичной информации с объекта управления и ее обработки.
Все адаптивные СЧПУ следует применять там, где они дают экономический эффект и оправдывают начальные затраты за счет малой избыточности аппаратных средств и стандартных модулей.
Адаптивные СЧПУ, применяемые в промышленных роботах, оснащают специальным математическим и программным обеспечением, которое записывается в ОЗУ и ПЗУ УЧПУ через специальный унифицированный интерфейс может оснащаться средствами технического зрения при адаптации на обстановку, геометрическую форму, измерение силы захвата для фиксации в момент захвата, маркировку заготовок, взаимное расположение, измерение осевой деформации при сборке и т. д. В качестве рецепторов технического зрения могут применяться электронно-лучевые трубки, интегральные фотоприемные устройства матричного типа (ИФУ), матричные приборы с зарядовой связью, диссекторы (диссекторы являются телевизионной трубкой с произвольной разверткой луча), матричные тензометрические датчики и т. д.
Широкое применение адаптивные СЧПУ
находят также в тех технологич
Адаптивные СЧПУ различаются способами адаптации, видами организации измерительных систем, способами организации адаптивного управления и разновидностью аппаратных средств, с помощью которых организуется адаптивное управление. По принципу адаптации различают адаптивные СЧПУ: с функциональным регулированием, в которых процесс адаптации осуществляется регулированием параметров, функционально зависящих от отклонившихся величин; с экстремальным регулированием, целью адаптации которых является получение максимального или минимального результата; с оптимальным регулированием, где ведется регулирование многих параметров на оптимальный результат по комплексному критерию оптимальности.