Последовательные интерфейсы по стандартам RS232C. Защита информации от искажений. Структура физической среды Ethernet. Симплексный метод линейного программирования. Алгоритмы управления последовательностных автоматов. Исполнительные устройства УЧПУ.
Московский государственный открытый университет Кафедра электропривода и автоматизации промышленных установокASCII - American Standard Code for Information Interchange (американский стандартный код для обмена информацией); Управляющие устройства, получая информацию по каналам обратной связи о ходе техпроцесса, формируют управляющие сигналы, обеспечивающие функционирование технологического объекта (ТО) в оптимальном рабочем режиме. Интерфейс - это совокупность правил обмена информацией между двумя соседними уровнями управления, а также совокупность проводов и иных технических средств, обеспечивающих такой обмен информацией. Совокупность программ, устройств и проводов, которые обеспечивают обмен информацией в АСУТП в целом, называют промышленной информационной сетью. Алгоритм функционирования - это математически обоснованное описание зависимости между управляющими (входными) и управляемыми (выходными) параметрами ТО; если он реализован в виде компьютерной программы, то называется моделью ТО.Это особенно важно для инженеров-электриков, специализирующихся в области автоматизированного электропривода, поскольку большая часть их профессиональной деятельности состоит в создании оборудования для автоматизации различных технологических процессов, его наладке и эксплуатации в производственных условиях. Специалистам по автоматизированному электроприводу важно получить представление об общих задачах, решаемых автоматизацией в современном высокомеханизированном и автоматизированном производстве, о месте электропривода в системах автоматизации. Термин автоматизация относится к весьма широкому классу производственных процессов и других систем организации трудовой и иной деятельности человека, в которых значительный объем операций, относящихся к процессам получения, преобразования, передачи и использования энергии, материалов и особенно информации, передается специализированным техническим устройствам, средствам механизации и управляющим машинам. В отличие от простой механизации автоматизация обязательно включает в себя передачу управляющим машинам операций по управлению и организации автоматизируемого процесса в соответствии с заранее сформулированной и, возможно, уточняемой во время реализации процесса целью. Цели автоматизации реализуются с помощью автоматизированных систем управления (АСУ), АСУ - это совокупность математических методов, технических средств (основные из них - это компьютеры и др. микропроцессорные устройства), их программного обеспечения и организационных комплексов, обеспечивающих управление и контроль параметров автоматизируемых объектов в соответствии с поставленной целью их автономного функционирования.Общие вопросы автоматизации организации и управления производством решаются на уровне автоматизированных систем управления производством (АСУП) по отраслям. Принято отделять проблемы автоматизации организации и управления производством, решаемые на уровне АСУП, от технико-технологических вопросов автоматизации, решаемых на уровне САПР и АСУТП. Последние образуют единый комплекс автоматизированных производственных систем, обычно называемых гибкими производственными системами (ГПС), которые на международном уровне принято именовать системами CAD-CAM, причем системы CAD объединяют функции САПР и АСТПП. С этих позиций определим АСУТП как совокупность аппаратных средств и их программного обеспечения, предназначенных для управления технологическими объектами, которая обеспечивает оптимальный уровень автоматизации сбора, накопления и переработки информации и формирование таких управляющих воздействий на исполнительные устройства, что работа управляемого объекта происходит в оптимальном режиме. Заметим только, что прохождение сигналов обратной связи строится также иерархическому принципу: от исполнительных устройств и агрегатов информация поступает сначала в ЛУВМ по результатам опросов датчиков, установленных на технологическом оборудовании, а ЦУВМ получает необходимую информацию о состоянии технологического объекта в порядке обмена информацией с ЛУВМ (см.Например, для обеспtrialя записи в десятичной форме любого из чисел величиной не более 1000 требуется не менее трех десятипозиционных устройств, имеющих в сумме 30 рабочих контактов. В то же время для записи каждого из тех же чисел в двоичной форме требуется не более 10 двуtrialционных устройств (210=1024) с общим количеством рабочим контактов, равным 20. Из ближайших к оптимальному значений n=2 и n=3 лучшим является n=2, так как двоичные элементы имеют относительно большую (в расчете на один рабочий контакт) простоту технической реализации по сравнению с трехпозиционными элементами. При поступлении единичного импульса на вход 0 выход 0 устанавливается в единичное состояние, а при поступлении единичного импульса на вход 1 выход 1 устанавливается в единичное состояние. Следовательно, число Q и его дополнение M отображают числа, равные по модулю и противоположные по знаку.
План
Содержание Перечень принятых обозначений Основные понятия и термины
Введение
Контрольные вопросы к введению
Глава 1. Автоматизированные системы управления технологическими процессами
1.1. АСУТП как основа автоматизации технологических процессов 1.2. Основные функции и структура АСУТП
1.3. Структура и основные функции УВМ Контрольные вопросы к главе 1
Глава 2. Информационное обеспечение АСУТП 2.1. Энтропия как мера информации
2.2. Количественная оценка информации 2.3. Кодирование информации
2.4. Двоичные коды
2.4.1. Экономичность двоичного кодирования 2.4.2. Арифметические двоичные коды
2.4.3. Неарифметические двоичные коды
2.5. Передача информации по каналам связи 2.5.1. Промышленные информационные сети
2.5.2. Последовательные интерфейсы по стандартам RS232C и RS485 2.5.3. Защита информации от искажений
2.6. Организация обмена информацией в АСУТП 2.6.1. Информационная структура АСУТП
2.6.2. Информационные сети Ethernet
2.6.3. Структура физической среды Ethernet 2.6.4. Контроллерные и полевые сети
2.6.5. Диспетчеризация в рамках АСУТП Контрольные вопросы к главе 2
Глава 3. Моделирование технологических объектов, управляемых АСУТП
3.1 Алгоритмы функционирования
3.2 Аналитические методы моделирования 3.3 Моделирование технологических циклов
3.4 Экспериментальные методы получения моделей 3.4.1. Одномерные модели
3.4.2. Многомерные модели Контрольные вопросы к главе 3
Глава 4. Алгоритмы управления в АСУТП 4.1 Задачи управления в АСУТП
5.5. Синтез алгоритмов последовательностных автоматов 5.5.1. Общая структура последовательностного автомата 5.5.2. Составление схемы простейшего автомата
5.6. Реализация алгоритмов управления последовательностных автоматов
5.6.1. Виды запоминающих устройств 5.6.2. Триггеры
5.6.3. Регистры
5.6.4. Преобразователи кодов и арифметические устройства
5.7. Обобщенные алгоритмы управления технологическим циклом Контрольные вопросы к главе 5
Глава 6. Особенности проектирования АСУТП
6.1. Основные задачи и принципы проектирования 6.2. Этапы разработки и внедрения АСУТП Контрольные вопросы к главе 6
Глава 7. Системы программного управления производственными установками
7.1. Назначение и общая структура
7.2. Локальные системы программного управления 7.3. Программируемые контролеры
7.3.1. Структура ПЛК
7.3.2. Языки программирования ПЛК 7.3.3. Язык программирования IL
7.4. Устройства числового программного управления 7.5. Программирование УЧПУ
7.6. Исполнительные устройства УЧПУ Контрольные вопросы к главе 7 Литература
Приложения
3
Приложение 1. Таблицы кодов обмена информацией в АСУТП Приложение 2. Базовые понятия теории вероятностей Приложение 3.Элементы булевой алгебры формальной логики
Приложение 4. Символы и функции стандартного кода ISO-7 для ЧПУ (ГОСТ 20999-83)
Перечень принятых сокращений АЛУ - арифметико-логическое устройство;
АРМ - автоматизированное рабочее место;
АСТПП - автоматизированная система технологической подготовки производства;
АСУП - автоматизированные системы управления производством (по отраслям);
АСУТП - автоматизированная система управления технологическим процессом;
АЦП - аналого-цифровой преобразователь;
БИС - большие интегральные микросхемы (высокой степени интеграции);
ПЛК - программируемый логический контроллер; ПО - программное обеспечение;
ПУ - пульт управления;
САПР - система автоматизированного проектирования; СПУ - система программного управления;
СУЭП - система управления электроприводом; ТО - технологический объект;
ТП, или техпроцесс, - технологический процесс;
УВВ - устройства ввода-вывода информации (параллельный или последовательный интерфейсы);
УВМ - управляющая вычислительная машина;
Введение
В настоящее время происходит быстрое развитие производства и применения самодействующих машин и аппаратов, увеличение количества производственных процессов, ведущихся по типу безлюдной технологии. Различные автоматические устройства проникают во все сферы человеческой деятельности, включая науку, производство и быт. Для инженера любой специальности стало необходимым ознакомление с теоретическими основами и практическими приложениями автоматизации применительно к его профессиональным интересам. Это особенно важно для инженеров-электриков, специализирующихся в области автоматизированного электропривода, поскольку большая часть их профессиональной деятельности состоит в создании оборудования для автоматизации различных технологических процессов, его наладке и эксплуатации в производственных условиях.
Обычный курс автоматизации технологических процессов строится на базе технологии определенного производства: машиностроительного, металлургического, химического, текстильного и др. В нем много места уделяется частностям, которые весьма существенны для специалистов соответствующих производств, но не так существенны для инженеров, работающих в сфере создания и эксплуатации систем управления технологическим оборудованием. Специалистам по автоматизированному электроприводу важно получить представление об общих задачах, решаемых автоматизацией в современном высокомеханизированном и автоматизированном производстве, о месте электропривода в системах автоматизации. Они должны изучить основы теории автоматизации технологических процессов и научиться решать простые технические задачи, связанные с проектированием, выбором аппаратной части автоматизированных систем, разработкой алгоритмов и программного обеспечения их функционирования в конкретных условиях эксплуатации.
Термин автоматизация относится к весьма широкому классу производственных процессов и других систем организации трудовой и иной деятельности человека, в которых значительный объем операций, относящихся к процессам получения, преобразования, передачи и использования энергии, материалов и особенно информации, передается специализированным техническим устройствам, средствам механизации и управляющим машинам. Автоматизированные процессы, в том числе управление, регулирование и (частично) контроль над ними, протекают автономно, в соответствии с заранее подготовленной и введенной на специальном программоносителе программой, так что не возникает необходимости непосредственного участия человека в их нормальном функционировании. На долю обслуживающего персонала остаются лишь функции общего контроля, а в случае необходимости - ремонта и 15 наладки. Механизация, заключающаяся в замене ручного труда, физических усилий человека машинными операциями, является непременным элементом автоматизации. В отличие от простой механизации автоматизация обязательно включает в себя передачу управляющим машинам операций по управлению и организации автоматизируемого процесса в соответствии с заранее сформулированной и, возможно, уточняемой во время реализации процесса целью. Цели автоматизации многообразны. Они могут включать в себя решение задач повышения производительности и эффективности труда, улучшения качества продукции, оптимизации управления, обеспечения безопасности трудовой деятельности человека, охраны окружающей среды и др.
Цели автоматизации реализуются с помощью автоматизированных систем управления (АСУ), АСУ - это совокупность математических методов, технических средств (основные из них - это компьютеры и др. микропроцессорные устройства), их программного обеспечения и организационных комплексов, обеспечивающих управление и контроль параметров автоматизируемых объектов в соответствии с поставленной целью их автономного функционирования. Среди объектов автоматизации выделяют: 1) технологические, энергетические, транспортные и другие производственные процессы;
2) проектирование различных агрегатов и машин, судов, зданий и иных сооружений, производственных комплексов;
3) организацию, планирование и управление в рамках цеха, предприятия, стройки, войсковой части и др.;
4) научные и технические исследования, медицинское диагностирование, учет и обработку статистических данных, программирование, бытовую технику, охранные системы и пр.
Из всего перечисленного многообразия автоматизируемых объектов мы будем рассматривать только технологические процессы промышленного производства. При автоматизации последних функции управления и контроля, ранее выполнявшихся человеком, передаются автоматическим управляющим устройствам и контрольно-измерительной аппаратуре. Одновременно совершенствуется механизация отдельных рабочих операций. Управляющие устройства, получая информацию по каналам обратной связи об изменении контролируемых параметров, таких как размеры обрабатываемых изделий, скорость обработки, температура, формируют, в соответствии с заданной программой обработки, управляющие сигналы, обеспечивающие выполнение программы обработки в оптимальном рабочем режиме.
В первой главе рассмотрены общие вопросы автоматизации технологических процессов, основные функции и структура АСУТП.
16
Поскольку управление технологическим процессом становится возможным благодаря информационным процессам, которые формируются параллельно текущему техпроцессу, то во второй главе рассмотрены элементы теории информации применительно к формированию информационных процессов управления. Особое внимание здесь уделено вопросам кодирования информации в двоичных кодах, так как эти коды являются базой функционирования всех современных управляющих устройств. Глава завершается рассмотрением способов организации обмена информацией посредством ее передачи по каналам связи в рамках АСУТП.
Построение АСУТП невозможно без достаточно точного и подробного описания свойств и характеристик управляемого технологического объекта (ТО). Поэтому третья глава посвящена изложению аналитических и экспериментальных методов создания модели ТО, отображающей указанные свойства и характеристики.
Центральное место в учебном пособии занимают главы 4 и 5, посвященные методам анализа и синтеза алгоритмов управления АСУТП. В алгоритмах управления отображаются намечаемые способы решения задач АСУТП по стабилизации и программному управлению параметрами и режимами ТО, обеспечивающее протекание техпроцессов в соответствии с заданным критерием оптимальности. Особое внимание уделено рассмотрению способов оптимизации режимов функционирования ТО с линейными и нелинейными характеристиками и созданию блок-схем алгоритмов управления. Последние являются основой создания управляющих программ в процессе программирования аппаратной части систем автоматизации.
В шестой главе освещены этапы проектирования АСУТП, начиная с выбора необходимых технических средств построения АСУТП, разработки технического задания и кончая рабочим проектированием. В заключение, в седьмой главе, рассмотрены в качестве примера вопросы построения систем автоматизации в машиностроении на базе УЧПУ и программируемых логических контроллеров.
Изучение курса следует проводить последовательно, раздел за разделом, проверяя степень усвоения материала ответами на контрольные вопросы. Работу над пособием следует сочетать с приобретением некоторых практических навыков путем выполнения контрольных заданий с использованием рекомендуемых компьютерных программ.
Контрольные вопросы к введению
1. Каково значение курса автоматизации в системе подготовки специалистов по автоматизированному электроприводу?
17
2. Дайте определение термину автоматизация и обрисуйте роль обслуживающего персонала в автоматизированных системах.
3. В чем отличие автоматизации от простой механизации?
4. Каковы цели автоматизации производственных процессов? 5. Дайте определение АСУ.
6. Перечислите основные объекты и области автоматизации.
7. В чем заключается автоматизация технологических процессов? 8. Какова структура данного учебного пособия?
18
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
