Каналы связи. Конспект лекций новый. Введение

• Название: Конспект лекций новый. Введение
• Анкор: Каналы связи
• Дата: 20.09.2021
• Размер: 0.54 Mb.
• Имя файла: Kanaly_svyazi_v_SU_GPS.doc
• Тип: Конспект; #234567
• страница: 1 из 6

СЧПУ и СУ ГПС. (Конспект лекций -новый).
1.0. Введение.

Задачей курса является изучение основных принципов построения систем управления различными технологическими объектами, в основном, объектами, имеющими высокую степень автоматизации как основных, так и вспомогательных операций. Курс имеет высокую практическую направленность в смысле ознакомления студентов с имеющимися устройствами числового программного управления и их отдельными составляющими. Рассматриваются также принципы совершенствования и дальнейшего развития устройств числового программного управления. Конечной целью курса является получение студентами навыков проектирования устройств управления до уровня рабочих проектов. Целью практических занятий по курсу является получение студентами практических навыков и приемов разработки, монтажа и отладки элементов систем управления, а также разработки средств программно-математической поддержки этих систем.

Объем учебных занятий по курсу:

Лекций ...............................................................68 часов,

Семинаров..........................................................18 часов,

Лабораторных работ ..........................................16 часов (две работы),

Домашних заданий..............................................1,

Продолжительность курса..................................2 семестра

Контроль знаний.................................................зачет – 1 семестр, экзамен – 2 семестр.
2.0. Состав, структуры систем управления ГПС.
Состав и структура системы управления (СУ) ГПС зависят главным образом от состава и структуры управляемой ГПС, а также от состава задач, решаемых системой управления. В общем случае современные СУ ГПС представляют собой совокупность отдельных, часто в высокой степени автономных систем, устройств и даже отдельных блоков, объединенных между собой информационными каналами связи. На рис. 1.а. показана структурная схема СУ гибкой производственной ячейки (ГПЯ). Система состоит из двух локальных устройств - УЧПУ станка и УЧПУ робота - соединенных информационным каналом связи -КС. В зависимости от функциональных возможностей обоих УЧПУ, а также решаемых задач возможны различные варианты структурной схемы. Так на рис. 1.б. приведена структура СУ, в которой управление роботом осуществляется от УЧПУ станка. Такая структура характерна для современных устройств ЧПУ, обладающих достаточно мощными вычислительными ресурсами. На рис.1.в., наоборот, показана более сложная структура СУ ГПЯ, что объясняется наличием в составе ГПЯ контрольно-диагностических устройств. Для обработки и использования информации этих устройств недостаточно ресурсов УЧПУ станка и робота.

С расширением иерархической структуры ГПС расширяется и структура СУ ГПС. На рис. 1.2. показана структура СУ гибким автоматизированным участком, состоящим из нескольких ГПЯ или ГПМ, транспортно-накопительной системы (ТНС), устройств и систем контроля (СК) и некоторых дополнительных технологических систем (ДТУ), например, системы удаления отходов, подготовительные участки и т.п. Как видно из схемы, с расширением иерархического уровня ГПС, расширяется состав и структура системы управления: происходит расширение системы в «ширину» и в «высоту». При этом рост в «ширину» происходит в основном за счет увеличения числа примерно однотипных устройств управления, в то время как рост в «высоту» происходит за счет усложнения технических средств системы и соответственно умощнения средств программной поддержки СУ.
. а. УЧПУ КС УЧПУ б. УЧПУ

станка робота станка

КС КС

КС КС
станок робот станок робот


.
в.



УУ ГПЯ

КС
УЧПУ УЧПУ УУ

станка робота КДС

КС КС КС

станок робот КДС


Рис. 1. Структуры СУ ГПЯ.

Сложные системы управления имеют три вида организационных структур:

• 
  централизованная,
  
• 
  децентрализованная
  
• 
  комбинированная.
  

Типовой пример централизованной системы показан на рис.2.
УУ ГАУ










ГПЯ 1 ГПЯ2 ... ГПЯn УУ ТНС УУ КДС






УЧПУ УЧПУ УЧПУ УЧПУ УУ ТНС КДС

станка робота станка робота КДУ



Станок Робот Станок Робот КДУ

Рис.2. Структура СУ ГАУ.
Такие системы обладают высоким быстродействием, однако имеют пониженную надежность, поскольку при выходе из строя одного из элементов системы, особенно на верхних иерархических уровнях, прекращается работа всех систем, обменивающихся информацией через данное устройство.

На рис.3. показан типовой пример децентрализованной СУ. Подобная организация СУ значительно повышает надежность работы за счет дублирования не только каналов связи, но и за счет взаимной передачи функций управления другим, аналогичным по мощности устройствам. Такие системы более предпочтительны, поскольку они существенно дешевле, хотя и имеют несколько меньшее быстродействие, вследствие использования разными устройствами одних и тех же каналов связи.
КС КС

УУ1 УУ2 УУ3
КС КС

КС КС

УУ4 УУ5 УУ6

Рис.3. Структура децентрализованной СУ.

При большом числе устройств, входящих в общую систему управления, более эффективной может быть комбинированная структура. В таких системах ряд устройств, обычно относящихся к одному иерархическому уровню, объединяются в подсистему, имеющую децентрализованную структуру, а связь между такими подсистемами осуществляется через специальные узлы связи (УС) типа «мост» или «шлюз», образуя, таким образом, общую централизованную систему управления.




УУ1 УУ2 УУ3





УУ4 УС






УУ5 УС




УУ6 УУ7 УУ8

Рис.4. Структура комбинированной системы управления.
Несколько слов о технической реализации СУ ГПС. Техническая реализация элементов общей СУ ГПС в сильной степени зависит от места расположения элементов в общей структуре. Устройства непосредственного управления технологическим оборудованием весьма разнообразны по структуре, составу, функциональным возможностям и даже по элементной базе. В основном это устройства числового программного управления и программируемые контроллеры (ПК). Большое разнообразие этих устройств объясняется таким же разнообразием управляемых технологических процессов и соответственно оборудованием для выполнения этих процессов, хотя в последнее время наблюдается тенденция к унификации устройств управления оборудованием и адаптация их к конкретному оборудованию за счет соответствующего программно-математического обеспечения. В настоящее время выпускается большое количество типов УЧПУ на базе современных промышленных компьютеров для управления токарными, фрезерными, сверлильными станками, обрабатывающими центрами и транспортными системами. Конкретные устройства управления каждым видом оборудования будут отличаться естественно программно-математическим обеспечением и набором необходимых типовых модулей для связи с оборудованием.

Элементы СУ более высоких иерархических уровней представляют собой специальные и универсальные ЭВМ различного класса, включая и наиболее распространенные сейчас персональные компьютеры - ПЭВМ.
3.0. Каналы связи в устройствах управления ГПС.

Как указывалось выше, СУ ГПС представляет собой совокупность локальных систем и устройств, соединенных информационными каналами связи, следовательно, каналы связи являются важнейшей составляющей частью любой системы управления. Главными эксплуатационными характеристиками канала связи являются:

• 
  скорость передачи информации,
  
• 
  помехоустойчивость,
  
• 
  нагрузочная способность.
  

Структурная схема типового канала связи показана на рис. 5. и состоит из передатчика, приемника и линий связи.
Передатчик Приемник

ПИ УЛС УЛС Ф ПИ

ПРД ПРД ПРМ ПРМ




Линии связи



Приемник Передатчик




Приемник


Рис. 5. Структурная схема канала связи.

В свою очередь передатчик включает в себя усилитель источника информации (УИ), преобразователь информации (ПИ ПРД), блок управления линиями связи (УЛС ПРД). Соответственно, приемник состоит из блока управления линиями связи (УЛС ПРМ), усилителя (УИ ПРМ), фильтра (Ф), преобразователя информации (ПИ ПРМ). При конкретной реализации некоторые из приведенных элементов канала могут отсутствовать или один элемент может выполнять несколько функций, например, при передаче цифровой информации на небольшое расстояние нет необходимости усиливать принятый сигнал и т.п.

Используемые в системах управления каналы связи отличаются большим разнообразием по назначению, виду передаваемой информации, элементной базе при технической реализации. На рис. 6. приведена классификация некоторых каналов связи, применяемых в системах управления ГПС.

По принципу работы каналы подразделяются на симплексные, полудуплексные, дуплексные и мультиплексные.

Симплексные - это такие каналы в которых двусторонний обмен между двумя устройствами-абонентами производится по одним и тем же линиям связи , но с разделением передач по времени, т.е. поочередно. В таких каналах, естественно, значительно сокращается число линий связи, но и уменьшается скорость передачи, в некоторых случаях, например, при применении оптоволоконных линий связи, существенно усложняется конструктивное исполнение блоков УЛС.