Вопрос 4. Бинарные (двухпозиционные) исполнительные механизмы

Очень часто для управления достаточно исполнительных механизмов, имеющих только два рабочих состояния. Эти механизмы называются двухпозиционными или бинарными. Они похожи на электрический выключатель: включен – есть ток, выключен – тока нет. К двухпозиционным исполнительным механизмам, в частности, относятся магнитные клапаны, электромагнитные реле и электронные твердотельные выключатели. Для управления такими механизмами достаточно одного-двух бит, которые легко можно получить на выходе управляющего компьютера. Управля­ющий сигнал можно усиливать простым переключателем, а не сложным линейным усилителем.

Бинарные исполнительные механизмы бывают с одним (monostable) и двумя (bistable) устойчивыми состояниями. Исполнительный механизм с одним устойчивым состоянием, которому соответствует отключение питания, управляется только одним сигналом. Дистанционный контактор электродвигателя обычно является устройством такого типа. Пока на контактор приходит управляющий сигнал, двигатель получает питание, но как только сигнал пропадает, питание выключается.

Устройство с двумя устойчивыми состояниями сохраняет свое текущее состояние до тех пор, пока не получит новый управляющий сигнал, изменяющий его. Можно сказать, что исполнительный механизм «помнит» свое последнее положение. Например, чтобы привести в движение цилиндр, управляемый магнитным клапаном с двумя устойчивыми положениями, необходимы один сигнал для открытия и другой сигнал для закрытия. Исполнительные механизмы с двумя устойчивыми состояниями управляются импульсными, а не аналоговыми сигналами.

Вопрос 5. Использование микропроцессорной техники в системах автоматического управления.

Применение микропроцессоров в системах автоматического управления обусловлено их программируемостью, значительной вычислительной мощностью и высокой надежностью в сочетании с малыми габаритами и невысокой стоимостью.

Программируемость микропроцессоров позволяет осуществлять гибкую оперативную перестройку алгоритма работы системы автоматического управления и ее структуры.

Изменения, вносимые в систему, как правило, обеспечиваются заменой одной большой интегральной схемы (БИС) памяти на другую.

Микропроцессором называется программно-управляемое устройство обработки данных с заданной системой команд, выполненное на одной или нескольких БИС, входящих в состав микропроцессорного комплекта (МПК).

МПК представляет собой совокупность совместимых микропроцессорных и других интегральных микросхем.

Микропроцессорная БИС – это интегральная микросхема, выполняющая функцию микропроцессора или его части.

Преимуществом использования микропроцессоров в системах управления является их высокая отказоустойчивость.

Отказоустойчивость определяется как способность системы сохранять свою работоспособность при возникновении в ее блоках разнообразных отказов. Отказоустойчивость обеспечивается введением в систему аппаратной, программной и информационной избыточности.

Для оперативного контроля и диагностики используется встроенный программно-аппаратный контроль, который осуществляется за счет использования в системе недорогих дополнительных ресурсов.

Получили распространение системы с резервированием, системы с программной реконфигурацией структуры и системы с использованием самокорректирующихся кодов.

Микропроцессорные системы управления позволяют реализовать распределенное управление в реальном масштабе времени.

Микропроцессор может рассматриваться как универсальное программно-управляемое устройство обработки информации, включающее в себя:

• операционное устройство, обеспечивающее обработку информации в соответствии с выполняемой командой;

• управляющее устройство, которое осуществляющее синхронизацию вычислительного процесса;

• интерфейсные блоки, обеспечивающие взаимодействие микропроцессора с другими модулями системы.

Кроме того, микропроцессор может включать в себя дополнительные блоки, увеличивающие производительность и функциональные возможности, такие, как диспетчер памяти, расширяющее адресное пространство; расширитель арифметики, реализующий сложнейшие арифметические команды; блок управления очередностью команд и др.

Достижения в области технологии полупроводниковых больших интегральных схем (БИС) обеспечили повышение уровня интеграции на кристалле. Это способствовало появлению не дорогих и надежных ЭВМ, позволяющих не только создавать на их основе АСУ тез-ми процессами произ-ва в целом с централизованным управлением на верхнем уровне иерархии, но и перейти к децентрализованным (распределенным) АСР с заменой традиционных аналоговых регуляторов микроконтроллерами и микропроцессорами. Для понимания принципа работы и сущности происходящих процессов в распределенных системах управления с использованием ЭВМ необходимо знать основные понятия и определения устройств вычислительной техники.

Микро-ЭВМ представляет собой конструктивно завершенное вычислительное устройство вычислительное устройство, реализованное на базе микропроцессорного набора БИС и оформленному в виде автономного прибора со своим источником питания и комплексом программного обеспечения.

Микроконтроллер устройство логического управления, выполненное на основе одной или нескольких микропроцессорных БИС. Микроконтроллер м.б. как программируемым, так и не программируемым. Иногда такое устройство называют контроллером.

Связь м/у устройством ЭВМ осуществляется на основе интерфейсов. Под интерфейсом понимается совокупность унифицированных технических программных и конструктивных средств, необходимых для реализации взаимодействия различных функциональных устройств ЭВМ при условиях, предписанных стандартом.

Бит – единица информации, представленной в двоичном(0 или 1) коде ЭВМ. Во всех ЭВМ для кодирования одного знака алфавитно-цифровой информации достаточной является разрядность, равная 8 бит, расположенная в двух тетрадах по 4 бит в каждой. Такая строка из 8 двоичных символов наз-ся байтом.

Развитие технологии БИС и увеличение степени интеграции в полупроводниковом кристалле до 10-30 тыс. компонентов сделало возможным реализовать в одном кристалле ни только микропроцессор, но и всю схему микро-ЭВМ, выполняющую несложные функции и требующую небольших объемов памяти (до 2кбайт) и не сложных схем каналов ввода-вывода (32 канала).

Микроконтроллер своей функциональной и алгоритмической возможности могут заменить группу из 1050 обычных аналоговых регуляторов, используемых в системах регулирования тех-х процессов.

В современных системах управления, где на нижних уровнях иерархии для управления техно-ми процессами используются аналоговые электрические или пневматические регуляторы для обеспечения надежности сохраняется одноконтурный принцип управления. Однако экономически не целесообразно в каждом контуре ставить свой микроконтроллер.

Поэтому вместо одноконтурного микропроцессорного управления применяют многоконтурные микропроцессорное управление, обеспечивающее управление несколькими (10-50) контурами.

Но для того чтобы снизить надежность управления, предусматривается резервный микрокон-р либо переход на резервное ручное правление. Итак, система регулирования с применением ЭВМ называется распределенной в том случае, когда регулирование параметров тех-го процесса осущ-ся не централизованно от этой ЭВМ, а с помощью микропроцессорных устройств (микроконтроллеров).