Электронный блок для управления инкубаторной установкой

Расчет и определение потребных характеристик вентилей и их выбор будут произведены в следующем разделе, здесь же задаемся требованием об их регулирующей способностидиапазон регулирования должен быть в пределах 0. 100% пропускной способности, желательно наличие плавного регулирования, скорость работы исполнительных механизмов должна стремиться к минимуму (желательно, не более 1 сек). Тип управляющего сигнала для вентилей не принципиален, согласование узлов, при необходимости, будет рассмотрено также в следующем разделе.

Закон регулирования для автоматизируемого объекта зависит от характеристик управляющего и исполнительного звеньев цепи регулирования, для выбранной схемы автоматизации можно обоснованно полагать, что метод регулированияпропорциональный и линейный при должном учете инерционных характеристик холодильной установки и помещений.

На основе рассмотренных особенностей проектируемой системы автоматизации можно составить алгоритм работы системы.

Рисунок 7. Алгоритм регулирования температуры

Принципиальная схема устройства

Выбор аналого-цифрового преобразователя (АЦП) определяется параметрами входных сигналов, а также требованиями которыми должны удовлетворять основные характеристики АЦП.

Сущность аналого-цифрового преобразования сигнала состоит в быстром и точном измерении величины аналогового сигнала и последующее представление его в цифровой форме.

К основным параметрам АЦП следует отнести максимальное входное напряжение Umax, число разрядов кода n, разрешающую способность ∆ и погрешность преобразования.

Разрешающая способность АЦП — входное напряжение, соответствующее единице в младшем разряде выходного кода ЕМР:

∆ = Uвх / (2n — 1)

где 2n — 1 — максимальный вес входного кода,

Uвх= Umax — Umin.

Чем больше n, тем меньше ∆ и тем точнее выходным кодом может быть представлено входное напряжение.

Относительное значение разрешающей способности:

θ = ∆ / Umax = 1 / (2n — 1)

Таким образом, ∆ - наименьшая различимая ступенька входного сигнала. Сигнал меньшего уровня АЦП не зарегистрирует. В соответствии с этим разрешающую способность отождествляют с чувствительностью АЦП.

Исходно задано: δ = 0,3%, Umin = 0 В; Umax = 5 В, то число уровней квантования N = 100/0,3 = 333.

Разрядность АЦП определится по формуле:

n = log2N = log2333 ≈ 8.

Разрешающая способность АЦП определится по формуле:

∆ = Uвх / (2n — 1) = 5/255= 20 мВ

Относительная наибольшая погрешность квантования:

Инструментальная погрешность не должна превышать погрешность квантования. При этом абсолютная погрешность и полная относительная статические погрешности соответственно равны:

Выбираем восьмиразрядный АЦП TLC549 производителя Texas Instruments с последовательным выходом.

Для согласования 4-х измерительных преобразователей с микропроцессором будем использовать регистры, управление измерительными преобразователями, регистрами и загрузкой портов процессора реализуем на счетчикахделителях. После каждого датчика устанавливаем 8- разрядный универсальный регистр ИР8, который будет использоваться в режиме последовательной загрузки и параллельного выхода. Для управления каждым регистром необходимо 18 тактов опорной частоты («сброс" — «загрузкасдвиг» (по 8 раз, для каждого разряда) — «выгрузка»), что легко реализуется на счетчикахделителях ИЕ17 с использованием дополнительных логических элементов для синхронизации четырех измерительных преобразователей. Управление загрузкой параллельного порта Р1 будем производить через параллельный порт Р2, подавая на него сигналы сброса счетчиков, разрешения загрузки и опорной частоты с помощью дополнительного делителя.

Написание программы на языке микроконтроллера

IN 5,4 {задание требуемой температуры в контуре через порт 4 и внесение информации в ячейку 5}

IN 6,2; {ввод сигнала с порта 2 информации о порядковом номере цикла и занесение в ячейку 6}

LACK1 5; {запись данных о порядковом номере цикла в аккумулятор 1}

IN [TBLW1], 1; {ввод сигнала с порта 1 сигнала от соответствующего датчика C в ячейку c номером, равным числу в аккумуляторе 1}

DEC [TBLW1] 5,7; {вычисление dt и занесение значения в ячейку 7}

7 GE [0] JMP M2; {оценка уставки, переход к окончанию алгоритма при условии dt больше или равно 0}

LT 7; {занесение значения уставки в регистр Т}

DIV 5, T; {вычисление kt, деление содержимого ячейки 5 на содержимое регистра Т, запись частного в регистр Т}

LAC T; {смена знака содержимого в регистре Т}

T LE [10] JMP M1; {оценка kt, переход к вычислению регулирующего воздействия при условии dt меньше или равно 10}

SAC T, 8; {копируем значение kt в ячейку 8}

DIV [1], 8; {вычисляем kr}

SAC 8,9; {копируем значение kr в ячейку 9}

MPYK [15], 9; {умножаем kr на 15, результат сохраняем в ячейке 9}

FLD X, T; {задаем переменную Х со значением из регистра Т}

FLD Y, 8; {задаем переменную Y со значением из ячейки 8}

FYL2X; {вычисляем выражение Y*LOG2(X)}

FLD 10; {заносим результат в ячейку 10}

FRNDINT 10; {округляем значение в ячейке 10}

FLD X, 11; {заносим округленный результат в ячейку 11}

BANZ 11,9; {вычисление поправки kd, сохранение результата деления в ячейке 9}

MPY 7,9; {вычисление значения управляющего сигнала, умножение содержимого ячейки 7 на содержимое ячейки 9, запись частного в ячейку 9}

OUT [ZAC 9], 3; {вывод значения управляющего сигнала из ячейки 9 на порт 3}

M1:

MPY T, 7; {вычисление значения управляющего сигнала, умножение содержимого ячейки 7 на содержимое регистра Т, запись частного в регистр Т}

OUT [ZAC T], 3; {вывод значения управляющего сигнала из регистра Т на порт 3}

M2:

END

Заключение

Для реализации функций непрерывного автоматизированного контроля и управления инкубатором наиболее целесообразно использовать микропроцессорную систему. Наряду с вышеперечисленными факторами, применение микропроцессорной системы для автоматизации печи позволит реализовать следующие функции:

— изменение алгоритма управления;

— дистанционный контроль параметров процесса;

— вести архив параметров;

— использовать инкубатор в системе единого автоматизированного производства с централизованным управлением.

В качестве ядра микропроцессорной системы используется 8- битный микропроцессор серии 8051 со встроенной памятью программ, что позволяет записать в него алгоритмы контроля и управления для обеспечения возможности его автономной работы.

К микропроцессору подключены через аналогоцифровой преобразователь и устройство согласования измерительные преобразователи параметров инкубатора, что позволяет осуществлять реализовать функции полностью автономного автоматизированного управления инкубатором в режиме реального времени.

Управление параметрами внутреннего микроклимата осуществляется исполнительными устройствами, которые подключены к микропроцессору посредством цифроаналоговых преобразователей и устройств согласования.

Функции дистанционного и централизованного контроля и управления параметрами печи могут быть реализованы путем подключения микропроцессора через порт вводавывода данных к линии связи, которая ведет к центральному диспетчерскому пункту производства или к пульту управления оператора печи.

Также, в перспективе, к данной микропроцессорной системе можно подключить системы автоматизации прочих технологических единиц производства, что позволит произвести его полную автоматизацию на основе единого протокола.

Библиографический список

Алексеенко А.Г., Шагурин И. И. Микросхемотехника. — М.: Радио и связь, 1982

Арипов М. Н. Захаров Г. П. Малиновский С. Т. Цифровые устройства и микропроцессоры. -М.: Радио и связь, 1988

Бобровников Л. З. Радиотехника и электроника. — М.: Недра, 1990

Боккер П. Передача данных. Т.

2. М.: Связь.- 1980

Браммер Ю.А., Пащук И. Н. Цифровые устройства. М.: Высшая школа, 2004

Гершунский Б.С., Основы электроники. Киев, издательское объединение «Вища школа», 1977

Гонаревский И. С. Радиотехнические цепи и сигналы -, М.: Наука, 1986

Калабеков Б. А. Микропроцессоры и их применение в системах передачи и обработки сигналов. М.: Радио и связь, 1988

Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника. — М.: МИР, 1982