Микропроцессорные системы управления

Микропроцессорные системы используют при управлении сложными технологическими процессами, которые характеризуются большим объемом перерабатываемой информации и не могут управляться автоматическим устройством без участия человека. В этом случае функции управления распределяются между человеком-оператором и вычислительной машиной, способной перерабатывать практически неограниченный объем информации.

Структурная схема микропроцессорной системы управления на базе микроЭВМ показана на рисунке 3.8. МикроЭВМ — это комплектное устройство на базе микропроцессора, имеющее блоки памяти, ввода-вывода и сопряжения. При этом микропроцессор, выполненный на одной или нескольких больших интегральных схемах, предназначен для исполнения логических и арифметических операций по специальной программе, хранящейся в памяти устройства. Микропроцессор приспособлен к работе в производственных условиях и имеет средства для обмена

Рис. 3.8. Структурная схема микропроцессорной системы управления с микроЭВМ:

/ — технологический объект управления; 2— измерительные преобразователи управляющих воздействий; 3 — измерительные преобразователи выходных параметров объекта управления; 4 — измерительные контроллеры; 5—управляющая микроЭВМ; 6—интерфейсные блоки связи с объектом; 7— исполнительные механизмы; 10— пульт оператора.

сигналами с объектами управления (измерительные контроллеры и интерфейсные блоки связи).

Алгоритмы управления реализованы в виде программ, хранящихся в памяти ЭВМ. Интерфейсные блоки служат для связи ЭВМ с объектами управления (с исполнительными механизмами и регулирующими органами) и периферийным оборудованием (с пультом оператора, дисплеем). Пульт оператор использует для управления работой микроЭВМ, а дисплей—для представления ему информации о состоянии оборудования, контролируемых параметрах и других характеристиках автоматизированного процесса.

Сбор и преобразование в цифровую форму информации о ходе технологического процесса, поступающей от разного рода измерительных преобразователей, осуществляются измерительными контроллерами. В состав интерфейсных блоков связи и контроллеров тоже могут входить микропроцессоры, выполняющие те операции по вводу-выводу и предварительной обработке информации, которые обычно выполняет центральный процессор.

При построении систем управления сложными объектами, имеющими ступенчатую (иерархическую) структуру, микропроцессорную систему управления низкого уровня связывают с вышерасположенной также через интерфейсные блоки связи.

Микропроцессорные системы реализованы в системах: автоматического управления расходом жидкости (САУ РЖ), автоматического контроля и автоматического регулирования (САКАР), управления технологическими, энергетическими и эксплуатационными режимами работы мобильных сельскохозяйственных агрегатов (MCA) и др.

Полевые прицепные и самоходные опрыскиватели (подкормщики) оснащают устройствами автоматики, которые обеспечивают регулирование количества жидких компонентов (удобрений, химических препаратов), вносимых на единицу обрабатываемой площади.

Автоматическое управление расходом жидкости осуществляется следующим образом. На основании сигналов измерительного преобразователя расхода жидкости, поступающей к распыливающей штанге, и сигналов от датчика (измерительного преобразователя пройденного агрегатом пути) контроллер вычисляет удельный расход жидкости на единицу обработанной площади (л/м²). Если этот расход отличается от заданного, то контроллер формирует импульсный командный сигнал на электродвигательный исполнительный механизм, который за счет изменения проходного сечения дросселя увеличивает или уменьшает расход жидкости, возвращаемой в бак, а следовательно, уменьшает или увеличивает расход жидкости, направляемой к сопловым аппаратам распыливающей штанги. Длительность командного импульса пропорциональна значению отклонения текущего значения удельного расхода от его заданного значения.

Система САУ РЖ имеет перепрограммируемый микропроцессорный контроллер, в состав которого входят программируемый таймер, микропроцессор, постоянное запоминающее устройство, панель индикации, контроллер и поле клавиатуры, блок питания.

Система САУ РЖ при рабочем диапазоне изменения давлений (0,02…0,06 МПа) жидкости на входе в распыливающую штангу и скорости движения агрегата 5… 12 км/ч обеспечивает точность поддержания заданной нормы внесения жидкости с погрешностью ±5%. Диапазон регулирования дозы внесения жидких компонентов составляет 20…2000 л/га, а шаг изменения настройки — 1 л/га.

Микропроцессорный контроллер обеспечивает работу САУ РЖ в трех режимах: программирование, работа и диагностика. В режиме программирования оператор с помощью клавиатуры может вводить технологические параметры агрегата (тип и число распылителей и др.) и задавать требуемую норму внесения. Вводимые данные и задание визуализируются на панели цифровой индикации, при этом автоматически проверяется выполнение стабилизации заданной нормы внесения. Если в пределах допустимых изменений скоростей перемещения агрегата норму обеспечить нельзя, то на индикаторе высвечивается сообщение об ошибке.

В режиме работы контроллер в процессе движения агрегата поддерживает заданную норму внесения за счет изменения расхода жидкости через сопловые аппараты пропорционально скорости. Кроме того, вычисляется ряд параметров, характеризующих фактическое протекание технологического процесса (текущее значение нормы внесения, рабочее давление распыла, скорость движения агрегата, размер обработанной площади).

Система САКАР предназначена в основном для корнеуборочных и кукурузоуборочных самоходных машин с гидростатической трансмиссией, а также для других MCA. Она обеспечивает выполнение функций систем автоматического контроля вождения, а также автоматического управления загрузкой рабочих органов самоходных MCA путем соответствующих изменений их поступательной скорости. САКАР позволяет выполнять и ряд дополнительных функций управления — обеспечение диалогового режима с оператором и др. При возникновении аварийных ситуаций с рабочими органами, перегрузках дизельного или гидравлического двигателей, падении давления масла в системе смазки САКАР автоматически останавливает MCA.

В системе САКАР машины для уборки сахарной свеклы программируемый контроллер содержит одноплатную микроЭВМ. Ее адаптеры внешнего интерфейса обеспечивают 64 канала связи с внешними устройствами. МикроЭВМ имеет кварцевый генератор тактовых сигналов и программируемый таймер для синтеза необходимых системе управления временных интервалов наблюдения. САКАР осуществляет ввод, формирование и усиление импульсных сигналов от 13 индукционных датчиков частоты вращения. Десять из них формируют сигналы о частоте вращения валов основных рабочих органов, остальные — о частоте вращения ходового колеса, ведомого вала клиноременной передачи, коленчатого вала двигателя.

Панель управления и индикации с соответствующими схемами формирования сигналов содержит клавиатуру и дисплей на жидких кристаллах, на котором могут инициализироваться сообщения в цифровой форме и в виде указательных надписей, пиктограмм рабочих органов (в соответствии с символами, расположенными на кнопках клавиатуры). Микроконтроллер может реализовать различные программы по командам, вводимым с клавиатуры.

Так, команда «Тест» запускает программу диагностики состояния рабочих органов и двигателя, при этом может осуществляться цифровая индикация состояния их кинематического режима. Частоты вращения рабочих органов, измеренные в режиме холостого хода, контроллер запоминает. В дальнейшем по этим значениям с учетом реальной частоты вращения вала двигателя контроллер формирует сигналы о нарушениях в работе фрикционных передач, степени загрузки, состояниях режимов рабочих органов и др. Команды «Пуск» и «Стоп» соответственно пускают и приостанавливают программу контроля рабочих органов и двигателя при выполнении технологических процессов. Команда «САВ» запускает программу коррекции системы автоматического вождения.

Команда «АРЗ» (автоматическое регулирование загрузки) запускает программу формирования сигнала уровня загрузки уборочной машины. Он формируется контроллером на основании информации о частотах вращения вала двигателя и отдельных рабочих органов. Этот сигнал передается в электронный блок и далее на управление пропорциональным электрогидравлическим

сервомеханизмом, который изменяет скорость поступательного движения MCA при отклонении значения сигнала загрузки от заданного. Таким образом осуществляется стабилизация технологической загрузки MCA.

Контрольные вопросы и задания

• 1. Какое управление называют автоматическим?
• 2. Назовите основные элементы систем автоматического управления.
• 3. В чем заключаются функции чувствительных преобразователей?
• 4. Для чего служат усилители?
• 5. Какие существуют простые усилители?
• 6. Как устроено и работает электромагнитное реле?
• 7. Перечислите основные принципы автоматического управления.
• 8. Что представляют собой микропроцессорные системы управления?