3.5.9. Системы управления технологическими процессами
С появлением микропроцессоров отмечается начало переломного периода в области автоматизации производственных процессов. Микропроцессоры используются в составе технических средств практически на всех уровнях управления — от средств сбора и первичной обработки данных до вычислительных машин, в результате чего существенно расширяются функциональные возможности периферийных приборов и устройств.
Это проявилось, в частности, в принципиально новом подходе к созданию автоматизированных систем управления на основе программируемых контроллеров. Программируемые контроллеры выполняют функции управления, регулирования, причем изменение уставок регулятора может осуществляться вручную или может быть предусмотрено программой.
Использование встроенных микропроцессоров в составе систем телеуправления также обеспечивает неоспоримые преимущества таких систем перед традиционными средствами телемеханики. Эти системы осуществляют первичную обработку информации, обеспечивают повышение оперативности обмена за счет сжатия данных и исключения сообщений, не несущих информации.
Рассмотрим несколько примеров применения микропроцессоров в системах управления.
Система управления прокатным станом. Система предназначена для управления полосовым станом горячей прокатки, в состав которого входят нагревательная печь, окалиноломатель, реверсивная черновая клеть, чистовая группа стана, охладительная установка и моталка (рис. 32).
Рис. 32. Схема управления прокатным станом.
На входы системы поступают сигналы от датчиков: положения горячего металла (ДП), положения нажимных винтов и усилий на них (ДУ), скорости прокатки (ДС) и температуры металла в различных зонах (ДТ). Перед поступлением из нагревательной печи очередной заготовки с пульта управления (ПУ) вводятся требуемые технологические параметры. По мере поступления металла датчиками определяются фактические технологические параметры сляба. Датчики подключаются к микро-ЭВМ через коммутатор датчиков (КД). Микро-ЭВМ сравнивают фактические параметры с заданными и, если они не в норме, то вырабатываются управляющие воздействия, которые через цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) воздействуют на исполнительные механизмы так, чтобы работа стана соответствовала заданному режиму. Использование подобного адаптивного алгоритма функционирования позволяет в полной мере учитывать разброс физических и химических параметров слитков, а также изменение во времени характеристик устройств стана. В состав этой схемы вводят АЦП — аналого-цифровой преобразователь, который аналоговые значения от датчиков преобразует в двоичный код; БИ — блок индикации для визуального наблюдения за параметрами и АЦПУ — алфавитно-цифровое печатающее устройство для записи режимов работы стана.
Система автоматического регулирования скорости электродвигателя. Скорость регулируется изменением напряжения на выходе тиристорного управляемого выпрямителя. Управление напряжением на выходе выпрямителя производится изменением фазы импульсов, подаваемых на управляющие входы тиристоров. Графики напряжений на выходе выпрямителя показаны на рис. 33.
Рис. 33. Графики выходных напряжений в управляемом выпрямителе.
Структурная схема показана на рис. 34. Принцип работы следующий: вал электродвигателя связан с тахогенератором (ТГ), с выхода которого напряжение, пропорциональное скорости вращения электродвигателя, через фильтр низких частот (ФНЧ) поступает на аналого-цифровой преобразователь (АЦП), где данное напряжение преобразуется в цифровой код, поступающий по шине данных в микропроцессор (МП). В микропроцессоре сравнивается истинное значение скорости с заданным, определяется величина рассогласования. В зависимости от величины рассогласования скоростей вырабатывается угол сдвига импульса управления блоком дискретного управления задержек (БДУЗ). Так, если скорость вращения электродвигателя меньше заданной, то угол задержки уменьшится, выходное напряжение увеличится, и скорость электродвигателя будет возрастать. Программа управления скоростью электродвигателя заложена во внешнем запоминающем устройстве (ВЗУ).
В настоящее время выпускается комплекс АСВТ-М (М-60) — комплекс агрегатных
Рис. 34. Схема автоматического регулирования скорости электродвигателя.
средств вычислительной техники. Он разработан для применения в автоматизированных системах управления мощными энергоблоками тепловых и атомных электростанций, которые характеризуются большим количеством выходных сигналов и разнообразием средств представления информации. Этот комплекс может применяться в химической, горнорудной и других областях народного хозяйства.
Комплексы АСВТ-М выполнены на элементах микроэлектроники и обеспечивают сбор и обработку информации от 4032 аналоговых и кодовых 8-разрядных первичных измерительных преобразователей, постоянный и выборочный контроль входных параметров, сигнализацию об отклонении их от нормы, а также выдачу управляющих воздействий по 128 аналоговым и 1024 дискретным каналам. Кроме того, комплекс позволяет производить вычисление технико-экономических показателей и проводить другие математические и логические операции.
Измерительно-вычислительный комплекс АСВТ-М состоит из трех частей: информационного, вычислительного и управляющего комплексов.
В состав измерительного комплекса входят: устройства сбора и распределения информации от объекта, устройства визуального представления информации, включая электроннолучевые индикаторы, и устройства контроля параметров путем сравнения с уставками, а также устройства регистрации и сигнализации.
Вычислительный комплекс организован на базе мини-ЭВМ типа М-6000 и предназначен для выполнения необходимых расчетов и логических операций в реальном масштабе времени в процессе обработки информации, поступающей от информационного комплекса, а также выработки сигналов управления и подачи их на устройства управляющего комплекса. В зависимости от сложности измерительно-вычислительного комплекса, состав вычислительного комплекса может наращиваться.
Управляющий комплекс содержит устройства выработки позиционных и аналоговых сигналов управления по командам, поступающим от вычислительного комплекса, а также вручную от местного пульта управления. Аналоговый сигнал управления вырабатывается преобразователями угла поворота в электрический сигнал на базе шаговых двигателей, при этом достигается погрешность отработки сигнала не более 1,5%, а время отработки не более 2 с. Предусмотрены также быстродействующие устройства выработки аналоговых сигналов управления на базе цифроаналоговых преобразователей, у которых выходной сигнал — это постоянное напряжение от 0 до 5 В. В этих устройствах погрешность преобразования не превышает 0,1 %, при времени отработки не более 4 мкс.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ К РАЗДЕЛУ 3.
1. Балашов Е. П., Пузанков Д. В. Микропроцессоры и микропроцессорные системы.— М. : Радио и связь, 1981.— 325 с.
2. Ефимов И.. Е., Козырь И. Я. Основы микроэлектроники.—М.:Высш. шк., 1983—381с.
3. Горбунов В. Л., Панфилов Д. И., Преснухин Д. Л. Основы построения микро-ЭВМ.— М.: Высш. шк., 1984.— 43с.
4. ГивонеД., Россер Р. Микропроцессоры и микрокомпьютеры.— М. Мир, 1983.— 459с.
5. Клюев А. С. Автоматическое регулирование.—М.:Высш.шк., 986.—351 с.
6.Мартиненко I. I. Основи автоматики.— К. Вища шк. Головне вид-во, 1980.— 168 с.
7. Руденко В. С., Сенько В. И., Трифонюк В. В. Основы промышленной электроники.— К. Вища шк. Головное изд-во, 985.— 399 с.
8. Самофалов К. Г., Корнейчук В. И., Тарасенко В. П. Цифровые электронные вычислительные машины.— К. Вища Шk. Головное изд-во, 1983.— 452 с.
9. С т р ы г и н В. В. Основы автоматики и вычислительной техники.—М, Энергоиздат, 1981.—375 с.
10. Соучек Б. Микропроцессоры и микро-ЭВМ.— М.: Сов. радио, 1979.—517 с.