Конспект лекций по дисциплине Контроль и управление техническими системами для бакалавров и магистров направления 150400
 Скачать 5.27 Mb.
|
|
5.2. Контроллеры Как уже было отмечено на базе МП создаются разнообразные программируемые логические контроллеры. Наиболее крупными производителями контроллеров являются фирмы Siemens (контроллеры семейств Simatic S5 и Simatic S7), Rockwell Automation (Allen Bradley), Schneider Electric, Advantech, Omron. Появились и отечественные производители: Овен, НПП Автоматика-С, Текон и другие. Последнее время на рынке появляются японские и китайские производители. Однако принципы устройства и работы всех контроллеров остаются подобными. Это связано с тем, что в системах управления технологическими объектами используются логические команды — работа с битами. Поэтому в ПЛК обеспечивается доступ к отдельным битам памяти, в то время как большинство процессоров и компьютеров - 112 - обеспечивают только байтовую 2-х, или даже 4-х байтную адресацию. Нужно отметить, что в современных логических контроллерах арифметические числовые операции реализуются наравне с логическими. В частности, с помощью вычислительных процедур задаются законы регулирования, реализуется идентификация моделей управления, вычисляются параметры настройки. В ряде случаев используются в контроллерах алгоритмы преобразования Фурье и статистические оценки измерений. Но все-таки, главная функция ПЛК — логическое управление технологическими процессами и оборудованием. При включении контроллера он переходит в бесконечный цикл выполнения программы, в котором с периодом цикла осуществляется опрос включенных в систему датчиков, анализ их состояния и выдача на выходы контроллера битов управления. Состояние каждого опрашиваемого входа запоминается и сохраняется в памяти до следующего опроса. Во многих случаях сохранение информации обеспечивается и при отключении питания контроллера. При применении ПЛК нужно помнить, что отработка сигналов и команд не происходит мгновенно. Время реакции контроллера зависит от продолжительности цикла опроса. Чем сложнее и разветвлённее программа, тем медленнее будет реакция контроллера. Поэтому создатели автоматики идут по пути создания распределенных систем — много простых контроллеров с простыми программами, объединяют в сеть, в которой каждый контроллер выполняет узкую функцию. Однако, непростая задача распределения управления создает трудности при разработке таких систем. Требуется глубокое понимание технологического процесса и (или) принципов работы технологического оборудования, последовательности выполнения операций и действий машин. Поэтому алгоритмы распределенного управления формируются при разработке конкретных технологических процессов и оборудования специалистами-технологами и механиками. Алгоритмы управления при неправильном выборе параметров могут приводить к поломкам оборудования, вибрациям, быстрому износу оборудования, неприятным звуковым эффектам, вызывать появление дефектов. Тем не менее, несмотря на приведенные трудности, цифровая автоматика переживает быстрый подъем. Это связано с быстрым снижением затрат на приобретение компонентов автоматики, наличием универсальных надежных решений, легким перепрограммированием и перенастройкой систем управления. Все это вместе обеспечивает гибкость производственных систем, позволяет быстро реагировать на изменения в рыночной конъюнктуре и поддерживать их прибыльность и техническую эффективность. ПЛК позволяют создавать распределенные системы автоматики, конструировать сложные многоуровневые иерархические структуры, обеспечивающие сбор и хранение информации, управление в реальном времени, органическое включение в системы верхнего уровня, такие как АСУТП и АСУ. На рисунке 67 приведен один из вариантов формирования автоматизированной системы на основе промышленных логических контроллеров Allen-Bradley. - 113 - Аналогичные системы могут быть созданы на базе контроллеров любых других конструкций и конфигураций. При этом обеспечивается модульный подход к коммуникациям, реализуемый при помощи «дочерних плат» или локальных устройств, что дает возможность поддерживать несколько разных сетей в любом сочетании. Можно выбрать EtherNet/IP или иную открытую сеть. В таких системах обычно реализуется возможность удаленного конфигурирования и удаленной настройки локальных контроллеров, сервомеханизмов, параметров технологического процесса, а также обеспечивается мониторинг технологического процесса с требуемой степенью детализации. Рис. 67. Подключение внешних устройств к сети ПЛК Маршрутизатор Контроллер верхнего уровня Локальный контроллер Рабочая станция Адаптер ввода/вывода Цифровые датчики Частотный регулятор Пульт Панель оператора Сканер штрих-кода Индикаторы Пускатель - 114 - Вопросы к экзамену 1. Определение системы через четыре свойства. 2. Конструктивная модель системы. Порядок моделирования 3. Связи в системах . Сила и мощность связей. Наполнение связей. Функциональные связи. Прямая и обратная связи. 4. Структуры систем . Классификация структур. 5. Модели структур . Графы. 6. Матрицы смежности и инцидентности. Влиятельность и могущественность вершин графа. 7. Классификация систем контроля и управления . Регулирование. 8. Задачи, решаемые при автоматизации систем контроля и управления в области обработки металлов давлением. 9. Основные направления совершенствования систем контроля и управления в области обработки металлов давлением. 10. Общая структурная схема систем контроля и управления 11. Элементы системы к онтроля и управления, их свойства. 12. Объект управления , его важнейшие характеристики. 13. Подсистема измерений и ее характеристики. 14. Главная обратная связь , ее элементы, функции и свойства. 15. Подсистемы идентификации и оптимизации , их назначение и работа. 16. Системы контроля и управления – частный вариант информационных систем . Потоки информации в системах. 17. Классификация датчиков . Активные и пассивные датчики. 18. Физические эффекты, используемые для получения сигнала 19. Аналоговая и знаковая формы представления сигналов. 20. Представление информации в каналах связи . Кодирование информации в аналоговых сигналах. 21. Особенности кодирования цифровых сигналов . Стандарты кодирования символов. 22. Выбор основания системы кодирования цифрового сигнала. Оценка количества информации. Бит, байт, слово. 23. Помехи при передаче и обработке информации информации. Источники помех. 24. Аппаратные способы повышения помехоустойчивости передачи информации. 25. Безаппаратные способы повышения помехоустойчивости передачи информации. 26. Преобразование цифровой информации в аналоговую. Принципиальная схема ЦАП 27. Преобразование аналоговой информации в цифровую. Принципиальная схема АЦП 28. Дискретизация аналоговых сигналов , квантование по времени и уровню. 29. Последовательный и параллельный способы передачи цифровой информации 30. Оценка пропускной способности канала связи . Затухание сигналов в линии. - 115 - 31. Статика САР и САУ. Статические характеристики звеньев 32. Статические характеристики соединения звеньев. Линеаризация статических характеристик. 33. Динамика САР . Элементарное динамическое звено. 34. Уравнение движения элементарного звена на примере двигателя средней мощности. 35. Переходный процесс. Переходная функция. Устойчивое и неустойчивое движение. 36. Определение постоянной времени и коэффициента усиления элементарного динамического звена. 37. Моделирование САР на ЭВМ. Модели звеньев. Проблемы цифрового моделирования. 38. Моделирование САР на ЭВМ. Модель движения системы. Представление времени в модели. 39. Преобразование Лапласа как инструмент для анализа движения. Свойства преобразования Лапласа. 40. Уравнение движения и передаточная функция элементарного динамического звена. 41. Упрощение сложных соединений звеньев . Перенос узлов и сумматоров. 42. Законы регулирования 43. Типовые динамические звенья . Их уравнения движения, передаточные функции и переходные процессы. 44. САР с пропорциональным регулятором и пропорциональным объектом регулирования. 45. САР с пропорциональным регулятором и интегрирующим объектом регулирования. 46. САР с идеальным интегрирующим регулятором и идеальным интегрирующим объектом регулирования. 47. Классификация САР 48. Логические переменные и логические функции . Три способа представления логических функций 49. Элементарные логические операции. Таблицы истинности. Аппаратная реализация. 50. Использование карт Карно для упрощения логических функций. 51. Алгебраические правила упрощения логических функций. 52. Синтез схемы включения сегмента индикатора десятичных цифр 53. Программируемые логические контроллеры. Архитектура микропроцессора. Темы заданий для третьего вопроса в билете 1. Линеаризация статических характеристик. Определение коэффициента усиления. 2. Соединение статических звеньев. Выбор рабочей точки. 3. Моделирование и анализ поведения соединений динамических звеньев. 4. Упрощение логических функций. - 116 - 5. Синтез схем логического управления сегментом индикатора десятичных цифр. Оглавление Раздел 1. Введение. Контроль и управление технологическими процессами. ..........1 1. Предмет и структура курса «Контроль и управление технологическими процессами» .....................................................................................................................1 2. Распределение времени по видам учебной работы ............................................2 3. Структура курса .......................................................................................................2 Раздел 2. Структурная и функциональная схемы управляемого объекта .................7 1. Элементы теории систем и моделирования .........................................................7 1.1. Определение системы. Связи. Структура ......................................................8 1.2. Моделирование структуры. Графы ...............................................................22 2. Системы контроля и управления технологическими процессами ....................28 2.1. Классификация систем ..................................................................................28 2.2. Общая структурная схема системы контроля и управления .....................31 Раздел 3. Информация в системах контроля и управления ......................................38 1. Первичные преобразователи информации — датчики (сенсоры) ....................38 2. Аналоговое и цифровое представление информации .......................................43 2.1. Сигналы и информация .................................................................................43 2.2. Каналы передачи сигналов ...........................................................................51 2.3. Помехи в информационных каналах. Характеристики каналов ................53 Раздел 4. Статика и динамика управляемых объектов ..............................................61 1. О содержании раздела ..........................................................................................61 2. Статика и динамика. Функциональные схемы ...................................................62 2.1. Статика САР ....................................................................................................64 2.2. Динамика САР ................................................................................................68 3. Системы автоматического регулирования ..........................................................90 Раздел 5. Элементы цифровой автоматики ................................................................95 1. О содержании раздела ..........................................................................................95 2. Основная терминология ........................................................................................95 3. Представление и упрощение логических функций ..........................................100 3.1. Таблицы состояния и нормальные формы ................................................100 3.2. Карты Карно ..................................................................................................101 3.3. Упрощение логических функций .................................................................103 3.4. Пример логического управления ................................................................104 4. Арифметические операции с двоичными числами ..........................................107 5. Программируемые логические контроллеры ....................................................109 5.1. Микропроцессоры ........................................................................................109 5.2. Контроллеры .................................................................................................111 Вопросы к экзамену .....................................................................................................114 Темы заданий для третьего вопроса в билете ..........................................................115 |