Технические средства автоматизации и управления: Программа, методические указания и контрольные работы

658.51.011.5(07) П 784

№ 1671

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ и НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования ТАГАНРОГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра систем автоматического управления Т.А. ПЬЯВЧЕНКО

ПРОГРАММА, МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ и КОНТРОЛЬНЫЕ РАБОТЫ по дисциплине Технические средства автоматизации и управления

Для студентов специальностей 210100 и 210200 дневной и безотрывной форм обучения Второе издание, дополненное и переработанное

Таганрог 2005

УДК 658.51.011.5.001.2(075.5) Пьявченко Т. А. Программа, методические указания и контрольные работы по дисциплине “Технические средства автоматизации и управления”. Второе издание, дополненное и переработанное. Таганрог: 2005. 58с.

Приводится рабочая программа, содержание контрольных работ. Даются рекомендации по их выполнению и методические указания по изучению дисциплины “Технические средства автоматизации и управления”. В приложениях приводится информация о технических средствах фирм Advantech и Octagon Systems, а так же описание предлагаемых к изучению объектов управления. Для студентов специальностей 210100 и 210200 дневной и безотрывной форм обучения. Библиогр. 17 назв.

© Пьявченко Тамила Алексеевна © Таганрогский государственный радиотехнический университет, 2005г.

2

ВВЕДЕНИЕ Практически во всех отраслях народного хозяйства в настоящее время существует тенденция к увеличению мощности технологических агрегатов, росту их комплексности, повышению производительности, непрерывному усложнению технологий. Управление такими высококомплексными агрегатами и другими крупномасштабными производствами намного сложнее, чем управление отдельными объектами, и требует взаимоувязки, согласования работы всех элементов комплекса. Это привело к созданию сложных иерархических распределенных систем управления на основе автоматизированных рабочих мест диспетчеров и операторов, управляющих контроллеров, модулей аналогового и цифрового ввода-вывода, объединенных локальными и промышленными сетями. 1.

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ

Цель дисциплины состоит в изучении студентами технических средств (ТС), используемых для решения задач контроля и управления, особенностей выбора ТС исходя из системных требований, принципов построения систем автоматизации и управления на базе стандартных модулей. В соответствии с поставленной целью выделены задачи дисциплины:

следующие

- изучение основных типовых структур и технических средств систем автоматизации и управления (САиУ) техническими объектами и технологическими процессами; - изучение управляющих ЭВМ, управляющих вычислительных комплексов (УВК), промышленных (индустриальных) микроЭВМ, микроконтроллеров для целей управления, программируемых логических контроллеров, однокристальных контроллеров. Получение навыков выбора типа контроллера исходя из системных требований; - изучение технических средств получения информации о состоянии объекта управления, датчиков, измерительных преобразователей; - изучение технических средств использования командной информации и воздействия на объект управления, исполнительных устройств, регулирующих органов, приобретение навыков их выбора из имеющейся номенклатуры; - изучение технических средств приема, преобразования и передачи измерительной и командной информации по каналам связи; 3

-

изучение аппаратно-программных средств распределенных

САиУ; - изучение устройств связи с объектом управления, систем передачи данных, интерфейсов систем автоматизации и управления; Изучение курса состоит из: - самостоятельного изучения учебной литературы; - прослушивания лекций; - выполнения контрольных работ. 2.

и

специальной

ОСНОВНАЯ И ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА

Основная литература 1. Родионов В.Д., Терехов В.А., Яковлев В.Б. Технические средства АСУ ТП: учеб. пособие для вузов по спец. «Автоматизация и управление в технических системах». М.: Высш. шк., 1989. 263с.: ил. 2. Пьявченко Т.А. Автоматизированные системы управления технологическими процессами и техническими объектами: учебное пособие. Таганрог: ТРТУ.1997. 128с.: ил. 3. Таланов В.Д. Технические средства автоматизации. Под ред. А.С. Клюева. Изд. 2-е перераб. и доп. - М.: Фирма “Испо-Сервис”, 2002. - 248с.: ил. 4. Петров С.Ю., Власов Н.О. и др. Регистрирующие приборы, программируемые контроллеры, датчики: Спр. пособие// Под ред. С.Ю. Петрова. СПб: НПК «Оазис», 2000. 5. Курсовое и дипломное проектирование по автоматизации производственных процессов: учеб. пособие/ под ред. И.К. Петрова. – М.:Высш. шк. 1986. – 352 с.; ил. 6. Багдатьев Е.Е. и др. Датчики теплофизических и механических параметров. М.: Радиотехника. 1998. 7. Иыуду К.А. Надежность, контроль и диагностика вычислительных машин и систем: учеб. пособие для вузов. М.: Высш. шк., 1989. 216с.: ил. Дополнительная литература 8. Автоматические приборы, регуляторы и вычислительные системы. Справочное пособие/Под ред. Б. Д. Кошарского. Л.: Машиностроение (Ленингр. отделение). 1976. 488с. 4

9. Бесекерский В.А., Изранцев В.В. Системы автоматического управления с микроЭВМ. М.: Наука. 1987. 320с. 10. Пьявченко Т.А. Учебно-методическое пособие по выполнению курсового проекта по дисциплинам «Автоматизированное управление в технических системах», «Проектирование микропроцессорных систем промышленной электроники». Таганрог: Издво ТРТУ. 1999. 48с. 11. Сопряжение датчиков и устройств ввода данных с компьютерами: Пер. с англ./ под ред. У. Томпкинса, Дж. Уэбстера. М.: Мир, 1992. 529с. 12. Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. Ежемесячный научно-технический и производственный журнал. 13. Приборостроение и средства автоматизации. Энциклопедический справочник. Ежемесячный журнал. 14. Современные технологии автоматизации. Ежеквартальный журнал. 3. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ТЕМАМ КУРСА** 3.1.

Основные понятия и определения

Предмет курса, его цели и задачи. Содержание курса и его связь с другими дисциплинами специальности. Примеры систем автоматизации и управления. Характеристика технических средств, на базе которых построены рассматриваемые системы. Основные понятия курса. Назначение и проблемы проектирования технических средств (ТС) систем автоматизации и управления. Типовой состав комплекса технических средств (КТС) для систем автоматизации и управления (СА и У). Принципы и технология типизации КТС. Примеры. Этапы проектирования ТС. Л1, с.3 – 38; Л2, с.3 – 22; Л3, с. 6 – 38; Л4, с. 5 – 13; Л5, с. 4 – 7.

** При составлении методических указаний были использованы отдельные фрагменты методической разработки: Гайдук А.Р., Самойленко А.П., Холодков В.В. Программа, методические указания и контрольные работы по курсу “Автоматизированные системы управления технологическими процессами”. Таганрог: Изд-во ТРТУ. 1990. 33с.

5

Методические указания Автоматизация производственных процессов – один из основных способов повышения производительности труда, эффективности производства и качества продукции. С усложнением производства, агрегатов и машин возникла необходимость в автоматизации не отдельных операций, а всего технологического процесса в целом, как единой системы. Основные задачи СА и У: обработка информации по технологическим и технико-экономическим критериям, согласование отдельных этапов процесса, формирование управляющих воздействий, оптимизация технико-экономических критериев с учетом ограничений; контроль безаварийности хода процесса. Решению указанных задач подчинена иерархическая структура управления в СА и У. При изучении темы необходимо выяснить различия и особенности основных типов СА и У: информационно-изме-рительных, информационно-управляющих; супервизорного и непосредственного управления; рассмотреть техническую структуру СА и У и назначение основных ее компонентов: нормирующих преобразователей, аппаратных RC-фильтров, вторичных приборов, регуляторов, датчиков, исполнительных механизмов, устройств связи с оператором-технологом, а также функции, для выполнения которых предназначены эти элементы. Следует обратить внимание на типизацию КТС, ее особенности на примере серии ADAM.

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Контрольные вопросы Перечислите основные задачи, решаемые СА и У. Суть иерархического принципа управления в СА и У. Приведите функциональные схемы СА и У различного назначения. Какова роль оператора в СА и У? Какова техническая структура СА и У? Назначение компонентов технической структуры. Представьте информационную структуру в СА и У. Что собой представляют модули серии ADAM? 3.2. Государственная система приборов и средств автоматизации (ГСП)

Общие принципы построения ГСП – оптимизация проектирования и эксплуатации и повышение эффективности САиУ. При рассмотрении структуры ГСП обратите внимание на возможность ее 6

декомпозиции по уровням иерархии и функциональному назначению элементов. Важным моментом является функциональная полнота каждой ветви и каждого комплекса ГСП. Л.1, с.39 – 72; Л5 с. 65 – 73; Л.12 – Л14.

1. 2. 3. 4.

Контрольные вопросы Какие принципы положены в основу построения ГСП? Что такое конструктивная унификация? Что такое категория конструкции? Опишите понятие функционально-параметрического ряда. 3.3. Устройства получения, преобразования и передачи информации о состоянии процесса

Первичные измерительные, информирующие преобразователи; классификация и их характеристики. Последовательное, дифференциальное, логометрическое, компенсационное соединение; каналы связи, интерфейсы. Типы наиболее распространенных интерфейсов. Устройство связи с объектом (УСО). ЦАП, АЦП, согласующие устройства. Коммутаторы каналов УСО. Устройства передачи цифровых данных. Л1 с. 72 – 114; Л2 c.22 – 39; Л4 c39 – 102; Л4 c.149 – 155; Л9 c.28 – 54; Л11 c.178 – 185; Л12 - Л14. Методические указания При изучении темы необходимо обратить внимание на сопряжение и согласование первичных информирующих преобразователей с каналом связи и устройством обработки информации. Изучить назначение отдельных устройств получения, преобразования и передачи информации о состоянии процесса. Контрольные вопросы 1. Назовите основные характеристики первичного преобразователя (датчика). 2. Каково назначение нормирующего преобразователя? 3. Что такое канал связи? 4. Что такое интерфейс? 5. Для реализации, каких функций в СА и У предназначено УСО? 6. Что такое согласующее устройство? 7. Назначение мультиплексоров. 7

3.4.

Микропроцессоры, микроЭВМ и контроллеры в СА и У

Цифровые средства обработки информации в СА и У, управляющие ЭВМ, микроЭВМ, программируемые логические контроллеры, программируемые компьютерные контроллеры, однокристальные микроконтроллеры; программное обеспечение СА и У. Системные требования к цифровым средствам обработки информации в СА и У. Методика выбора цифровых средств обработки информации на основании системных требований. Л. 1, с.114 – 150; Л.2, с. 44 – 74, с. 74103; Л9, с. 16 – 168; Л12 - Л14. Методические указания При изучении темы необходимо понять, в чем заключается отличие управляющих ЭВМ от универсальных. Изучить характерные особенности микроЭВМ, программируемых логических контроллеров, программируемых компьютерных контроллеров, однокристальных микроконтроллеров, обратить внимание на прикладной характер программного обеспечения для контроля и управления различными объектами. В качестве критерия выбора цифровых управляющих устройств обычно используют, наряду со стоимостной оценкой, оценку их производительности, т.е. расчет требуемых быстродействия, длины разрядной сетки, объема памяти. После оценки указанных параметров выбирают те технические средства, которые удовлетворяют поставленным в ТЗ системным требованиям. К последним обычно относят точность, быстродействие, стоимость и надежность. Контрольные вопросы. 1. В чем особенность цифровых управляющих устройств? 2. Что такое программируемые логические контроллеры? 3. Каковы отличительные особенности программируемых компьютерных контроллеров? 4. Особенности и содержание программного обеспечения микроЭВМ и микроконтроллеров. 5. Из чего складывается оценка производительности цифрового управляющего устройства? Как оцениваются отдельные параметры? 6. Критерии выбора цифровых управляющих устройств? 8

3.5. Информационно-управляющие вычислительные комплексы для целей контроля и управления в СА и У Аппаратно-программные средства распределенных СА и У, локальные управляющие вычислительные сети (ЛУВС), технические средства и методы управления доступом к моноканалам ЛУВС. Скоростные интерфейсы передачи и хранения информации, распределенные системы ввода-вывода. Особенности функционирования информационно-управляющих вычислительных комплексов (ИУВК). Функциональная и структурная организации ИУВК. Структурная организация ИУВК с радиальным интерфейсом, с единой магистралью. Л.1, с. 150 – 185; Л.2, с.5 – 20; Л.3, с. 38 – 99, с.124 – 131, с.239 – 249; Л9, с. 5 – 16; Л12 – Л14. Методические указания При изучении темы необходимо обратить внимание на вопросы типизации, унификации и агрегатирования технических средств, привести примеры локальных и промышленных сетей. Рассмотреть особенности построения и функционирования распределенных систем сбора и обработки информации. Контрольные вопросы 1. Что такое распределенные системы сбора и обработки информации? Примеры. 2. Аппаратно-программные средства распределенных систем автоматизации и управления. 3. Локальные и промышленные управляющие вычислительные сети, технические средства и методы управления доступом к ним. 4. Назначение и особенности скоростных интерфейсов передачи и хранения информации. 3.6. Устройства преобразования, обработки, хранения информации и выработки команд управления Технические средства обработки, хранения информации и выработки командных воздействий. Автоматические регуляторы. Модульные программируемые контроллеры. Типовые микропроцессорные установки. Программируемые логические контроллеры. Регулирующие микропроцессорные контроллеры РЕМИКОНТ-120, РЕМИКОНТ-130, ЛОМИКОНТ. Л.1, с. 185 – 218; Л.2, с. 34 – 9

41; Л3, с. 99 – 230; Л.4, с. 123 – 231; Л5, с. 44 – 50; Л.8, с. 228 – 252; Л9, с. 16 – 25. Методические указания Изучить принципы построения автоматических регуляторов с типовыми алгоритмами регулирования, назначение и способы реализации таких блоков, как преобразователь входной величины, усилительное устройство, блок функциональной обратной связи. При изучении темы необходимо обратить внимание на отличительные особенности цифровой реализации типовых законов управления. Рассмотреть принципы построения ремиконта как автономного устройства получения, преобразования и выдачи аналоговой и дискретной информации. Контрольные вопросы 1. Каковы типовые законы регулирования? 2. Назначение и способы реализации автоматических регуляторов. 3. Каковы особенности цифровой реализации типовых законов управления? 4. Каковы принципы построения контроллеров РЕМИКОНТ? 5. Для чего используются программируемые логические контроллеры?

3.7. Исполнительные механизмы и устройства промышленных систем автоматики Общие сведения. Технические средства использования командной информации и воздействия на объект управления. Исполнительные устройства, регулирующие органы. Расчет регулирующих органов. Выбор исполнительных устройств. Л.1, с. 218 – 227; Л.2, с. 38 – 40; Л.5, с. 114 – 117; Л.8, с. 259 – 265; Мартыненко И.И., Лысенко В.Ф. Проектирование систем автоматики. – М.: Агропромиздат, 1990 г. Методические указания Изучить классификацию исполнительных механизмов (ИМ). Особое внимание уделить электрическим ИМ. Рассмотреть позиционные ИМ, ИМ постоянной и переменной скорости. Построение сервоприводов 10

для управления регулирующими органами. Расчет регулирующих органов и выбор сервоприводов. При изучении темы необходимо обратить внимание на сопряжение исполнительных устройств и регулирующих органов. Контрольные вопросы. 1. Какие типы ИМ применяются в промышленности? 2. Каковы принципы работы и особенности подключения электрических ИМ? 3. В чем заключается расчет регулирующих органов? 4. Что входит в схему сервопривода? Как выбрать ИМ и рассчитать передаточную функцию сервопривода? 5. Как осуществляется сопряжение сервопривода и регулирующего органа? 3.8.

Устройства отображения информации.

Мнемосхемы технологических процессов и технических объектов. Эргономические требования к объему и качеству представляемой информации. Технические средства визуализации информации. Видеотерминальные средства. Печатающие устройства. Л1, с.227 – 257; Л2, с. 64 – 65; Л12 – Л14. Методические указания При изучении темы необходимо обратить внимание на представление объектов автоматизации в виде мнемосхем. Изучить требования, предъявляемые к информации, выводимой на мнемосхемы. Рассмотреть возможности архивирования информации, вывода, при необходимости, оператору-технологу различных графиков. Рассмотреть способы представления информации при нормальном функционировании ОУ и в предаварийных ситуациях. Контрольные вопросы. 1. Что такое мнемосхема ОУ? 2. Какие эргономические требования предъявляются к информации, выводимой оператору-технологу? 3. Как осуществляется архивирование информации? 4. Как вывести оператору-технологу графики изменения параметров ОУ? 11

5. Чем и в чём должно отличаться представление информации при нормальном и предаварийном функционировании ОУ? 3.9. Расчет надежности КТС Основные понятия. Выбор показателей надежности. Расчет надежности нерезервированных систем. Оценка надежности нерезервированных систем с учетом старения элементов. Оценка надежности систем по среднегрупповым интенсивностям отказа. Расчет надежности резервированных невосстанавливаемых систем. Способы резервирования. Расчет надежности резервированных невосстанавливаемых систем при различных способах соединения элементов. Определение кратности резервирования. Расчет надежности невосстанавливаемых систем, в которых предусмотрено резервирование замещением. Надежность резервированных восстанавливаемых систем. Расчет параметра потока отказов и коэффициента готовности. Формулы приближенного расчета для различного включения объектов или подсистем. Л2, с.103 – 112; Л.7, с.3 – 57. Методические указания При изучении темы необходимо обратить внимание на важность вопросов, связанных с оценкой надежности, на зависимость стоимости проектируемой системы от её надежности. Изучить особенности расчета надежности для нерезервированных систем, для резервированных систем с восстанавливаемым и невосстанавливаемым резервом. Контрольные вопросы 1. Чем характеризуется надежность и каковы её основные показатели? 2. Привести формулы приближенного расчета для различного включения объектов или подсистем. 3. Как выполняется расчет надежности нерезервированных систем? 4. Как выполняется оценка надежности нерезервированных систем с учетом старения элементов? 5. В чем суть расчета надежности систем по среднегрупповым интенсивностям отказа? 6. Расчет надежности резервированных невосстанавливаемых систем при различных способах соединения элементов. Определение кратности резервирования. 12

7. Расчет надежности невосстанавливаемых систем, в которых предусмотрено резервирование замещением. 8. Надежность резервированных восстанавливаемых систем. 9. Расчет параметра потока отказов и коэффициента готовности. 4. КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №1 Контрольная работа посвящена изучению технических средств систем автоматизации и управления (СА и У), включает три задания и выполняется в первой половине семестра. При выполнении работы можно использовать литературу, указанную во втором разделе настоящих указаний, в частности, Л1, любой из указанных справочников, а также журналы [Л.12 - Л.14]. В процессе выполнения контрольной работы №1 необходимо выполнить следующие пункты: 1. Изучить комплекс технических средств (см. табл.1, номер варианта определяется последней цифрой шифра зачетной книжки студента). 2. Распределить КТС по блокам в соответствии с табл.2. 3. Для заданного ОУ в соответствии с вариантом (табл.1), пользуясь литературой, выбрать датчики и исполнительные устройства. Результаты представить в виде таблиц 2 и 3. Методические указания При выполнении п.2 по каждому модулю указать его технические характеристики: разрядность, уровень сигналов, диапазон измерения параметра, время преобразования в АЦП, погрешность и т.п. в соответствии с табл. 2. Характеристики соответствующих устройств брать из Приложения 1. Выполнение п. 3 задания начать с изучения описания ОУ и литературы по ОУ, приведенных в Приложении 2. В результате анализа заданного ОУ должны быть выделены такие его характеристики, как r r входные переменные x , выходные переменные y = y1, y2 , y3 , управляющие

воздействия

r u = [u1,u2 ] ,

r неконтролируемые z возмущения (рис.1).

[

контролируемые

]

r f и

13

Рис.1. Схематичное изображение ОУ Таблица 1 № 0

1 2 3

Название комплекса технических средств Микропроцессорные контроллеры: отечественные и зарубежные ЦАП, АЦП, коммутаторы (мультиплексоры), нормализаторы Устройства передачи данных Микропроцессорные контроллеры: отечественные и зарубежные

4 5 6 7

8 9

14

Устройства передачи данных Модули аналогового и цифрового ввода/вывода ЦАП, АЦП, коммутаторы (мультиплексоры), нормализаторы Модули аналогового ввода/вывода Микропроцессорные контроллеры: отечественные и зарубежные Модули цифрового и аналогового ввода/вывода

Объект управления

Литература

Парогенератор

Л.1, Л.10, Приложение 1 (Octagon Systems), Приложение 2

Парогенератор Теплица Теплица

Турбина тепловой станции Смеситель 1 Смеситель 2 Генератор переменного тока Процесс сушки

Процесс сушки

Л.1, с.101 – 111, Приложение 1 (Octagon Systems), Приложение 2 Л.1, с.111 – 114, Приложение 1 (Advantech), Приложение 2 Л.1, с.203 – 218, Приложение 1 (Advantech), Приложение 2 Л.1, с.111 – 114, Приложение 1 (Octagon Systems), Приложение 2 Л.1, с.101, Приложение 1 (Advantech), Приложение 2 Л.1, с.101 – 111, Приложение 1 (Advantech), Приложение 2 Л.1, с.101, Приложение 1 (Octagon Systems), Приложение 2 Л.1, с.101, Приложение 1 (Advantech), Приложение 2 Л.1, с.101, Приложение 1 (Advantech), Приложение 2

Затем необходимо выбрать датчики и исполнительные устройства. Информацию по датчикам и исполнительным устройствам свести в табл.3, где указать параметры используемых устройств. При выборе датчиков и исполнительных устройств использовать следующие источники: Л.1, с. 72 – 87; Л.2, с. 31 – 32, 38 – 40; Л.4 – Л.6; Л.8; Л.10; Л.12; Л.13. Датчики выбираются по диапазону и требуемой точности измерений. Диапазон изменения технологической переменной должен перекрываться диапазоном измерения выбираемого датчика, по крайней мере, на 1/3 снизу и 1/3 сверху с тем, чтобы при измерениях не попадать в области нелинейности статической характеристики датчика. Поскольку требуемая точность определяет условия выбора всех технических средств, входящих в систему, то она должна быть распределена между отдельными блоками. В частности, датчик может быть выбран из условия Δy ≤ χ ⋅ Δ y , 0 < χ ≤ 0,6 (пояснения к формуле и выбору величины χ дат

тр

см. в контрольной работе №2). При одинаковых значениях диапазонов измерения и точности рассматриваемого ряда датчиков выбирается тот, у которого меньше инерционность и выше крутизна характеристики. Таблица 2 № п.п.

1

Количе Диапазон Уровни ство измерения выходных Разряд и тип параметров сигналов ность каналов Модули аналогового ввода J 0…760°С, ±15, ADAM- Подключение 8, K 0…1000°С, ±50мВ, 16 5018 термопар к дифферен T -100…400°С, ±100, контроллеру циальные E 0…1400°С, ±500мВ R 500…1750°С, ±1В, S 500…1800°С, ±2,5 В, B 500…1800°С. ±20 мА 1-я буква – тип термопары Марка

Назначение

Точ Частота ность, опроса, Гц %

не 10 Гц хуже ±0,1%

2и т.д. Модули аналогового вывода … Модули цифрового ввода-вывода … Модули коммутации …

15

Таблица 3 Тип датчика Диапазон Диапазон Назначение, Единиц или Требуемая изменений измерений Физическая обозначение ы точность, исполнитель технологической технологической переменная переменной измерен ного Δy переменной переменной / тр ий устройства точность o Температур Регулирова C а ние, y1 Угловые Угол поворота Управление градусы заслонки u1 … … … м Уровень Контроль, жидкости y2 … … …

1000 – 1300

±5 o C

Термопара R

0 – 90

±1%

Сервопривод МЭО-0,25

0 – 180

… 6.5 – 7.5

… ±0.12м

… УДУ-5П

… (0–12)м/0.015м

…

…

…

…

(500 – 1750) / 0.1%

5. КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №2 Настоящая работа посвящается выбору модулей для непосредственного цифрового управления непрерывным ТП (тип ОУ указан в табл. 1) в соответствии со структурной схемой (рис. 2). Модули ввода-вывода и вычислитель в дальнейшем будем называть цифровым управляющим устройством (ЦУУ). При выполнении контрольной работы необходимо: 1. В одноканальной системе управления выбрать датчик для измерения указанной в табл. 4 регулируемой переменной y(t). Выбор датчика осуществлять по заданным в табл. 4 значениям коэффициента χ, величине допустимой погрешности регулирования ∆утз и диапазону изменения регулируемой переменной Dу, взятым из описания ОУ (Приложение 2). Обычно его тип и параметры совпадают с одним из датчиков контрольной работы №1. Номер варианта определяется последней цифрой шифра зачетной книжки студента. 2. Выбрать ЦУУ для целей управления непрерывным технологическим процессом. В качестве критерия выбора принять минимально возможную длину разрядной сетки.

16

Рис.2. Структура цифровой системы управления Методические указания Так как в качестве критерия выбора модулей ЦУУ задан минимум длины разрядной сетки, то расчеты необходимо начинать с оценки точности вычисления управляющего воздействия. Расчет управляющего воздействия u(t) в цифровом вычислителе приводит к появлению ошибки σu, величина которой не должна превышать допустимой σuдоп, т.е. σu ≤ σuдоп. (1) Допустимая погрешность σuдоп расчета управляющего воздействия u(t) определяется допустимой ошибкой σy регулируемой величины y(t). Если объект с самовыравниванием, т.е. lim h(t ) < ∞ , то t →∞

σuдоп = βσyтз /Kо, (2) где σyтз =│∆yтз│⁄3 – среднеквадратическое значение заданной точности регулирования, β – коэффициент, определяющий долю заданной погрешности, отводимую на вычисления (согласно критерию пренебрежимых погрешностей β ≤ 0,3), Kо – коэффициент передачи между выходом ЦАП и выходом объекта управления. Следовательно, он должен учитывать коэффициенты передач сервопривода, регулирующего органа и ОУ (его значение задается в табл. 4). Величина ошибки σu в силу ее случайного характера оценивается как среднеквадратическая, имеющая три составляющие, т.е. σu = σ инс 2 + σ мет 2 + σ тр 2

,

(3)

где σтр – среднеквадратическое значение трансформированной ошибки, обусловленной трансформацией погрешностей входных переменных в соответствии с заданным законом управления; σмет – среднеквадратическое значение методической ошибки, возникающей из-за 17

неточной реализации в вычислителе операций интегрирования и дифференцирования [2]; σинс – среднеквадратическое значение инструментальной ошибки, обусловленной квантованием по уровню, т.е. конечной длиной разрядной сетки вычислителя. В общем случае алгоритм управления по отклонениям представляет собой функционал вида uк=F(uк-i, eк-i+1) , i = 1 , 2 , …ν,

(4)

где F(…) – некоторая функция своих аргументов; uк-i (i=1, 2, … ν) – предыдущие значения управления; eк-i+1 – значения ошибки рассогласования е(t)=yзад – y(t) при t=(k+1-i)*Tо; Tо – интервал квантования по времени. Величина ν определяется порядком формул численного интегрирования и численного дифференцирования. Например, при использовании формулы численного интегрирования нулевого порядка (формулы прямоугольников) функционал (4) для интегрального (И) закона управления будет иметь вид: ⎛T u k = u k − 1 + ⎜⎜ о ⎝ Tu

⎞ ⎟ * ek . ⎟ ⎠

(5)

С использованием формулы трапеций (формулы численного интегрирования первого порядка) расчет управляющего сигнала в вычислителе будет осуществляться по выражению: u k = u k −1 +

Tо * (ek + ek −1 ) . 2Tu

(6)

При наличии в законе управления дифференциальной составляющей вычисление первой производной в численном виде выполняется с помощью ряда [9]: 1 ⎧ 1 2 1 3 ⎫ (7. а) е&k = ⎨Δеk + Δ еk + Δ еk + ...⎬, Т0 ⎩ 2 3 ⎭ второй производной – в соответствии с уравнением: 1 ⎧ 11 ⎫ (7. б) &е&k = 2 ⎨Δ2 еk + Δ3еk + Δ4 еk ...⎬, 12 Т0 ⎩ ⎭ где

Δеk

= еk − еk −1,

Δ2 еk

= еk − 2еk − 1 + еk − 2 ,

и т.д., причем от

количества членов ряда зависит величина методической погрешности определения производной. В системах управления с медленно изменяющимися переменными достаточно брать 2 первых слагаемых ряда (7.а) и 1 первое слагаемое ряда (7.б). Среди линейных законов регулирования в ТАУ наиболее широко используются ПИ-, ПД- и ПИД-законы, которые можно представить в разностной форме: 18

u k = u1k + u 2 k , ПИ:

u1k = u1( k −1) +

To ⋅ (ek + ek −1 ), u 2 k 2Tu

⎫ ⎪ , (8) ⎬ = K рег ⋅ ek ,⎪ ⎭

u k = u1k + u 2 k ,

⎫ ⎪, ПД: Tдиф 3 1 ⎬ u1k = ⋅ ( ek − 2ek −1 + ek −2 ), u 2 k = K рег ⋅ ek ,⎪ Tо 2 2 ⎭ ⎫ ⎪ u k = u1k + u 2 k + u 3k , ⎪ ⎪⎪ ПИД: To ⋅ (ek + ek −1 ), u 2 k = K рег ⋅ ek ,⎬ u1k = u1( k −1) + 2Tu ⎪ ⎪ Tдиф 3 1 ⎪ ⋅ ( ek − 2ek −1 + ek − 2 ). u 3k = Tо 2 2 ⎭⎪

(9)

(10)

В выражениях (8) - (10): ek = g зад − yk −1 – сигнал рассогласования, для операции интегрирования использована формула трапеций, для реализации e& k взяты 2 первых слагаемых ряда (7. а). Оценку составляющих ошибки σ u при расчете управляющего воздействия необходимо производить для установившегося режима работы системы, учитывая следующие соображения: ошибки вычисления σ u не накапливаются от шага к шагу, если замыкание главной отрицательной обратной связи происходит на каждом шаге вычислений, все ординаты uk определяются по одному и тому же алгоритму в одинаковых условиях, поэтому можно считать, что ошибка вычисления uk не зависит от ошибок предыдущих ординат uk-i (i=1, 2…, ν). Следовательно, в соответствии с [2, 3] из формулы (4) получаем σ тр =

⎡ ∂F (uk −i , ek −i+1 )⎤ 2 i=1, 2…, ν, ⎢ ⎥ σe , ∂ek −i+1 ⎦ i =1 ⎣ 2

m

∑

(11)

где σe – среднеквадратическая ошибка сигнала рассогласования, равная среднеквадратической

ошибке

σвх

на

входе

вычислителя

в

предположении, что погрешность gзад равна нулю, т.е.

σ 2e = σ 2вх .

(12) Из технического задания на разработку системы обычно известны диапазон изменения Dy и точность регулирования ±∆yтз переменной y(t) (см. описание ОУ в Приложении 2). Для выбора датчика 19

и АЦП необходимо задать χ (0 – 0,6) – долю общей погрешности, приходящейся на датчик, и ρ (0 – 0,5) – долю общей погрешности, приходящейся на АЦП так, чтобы произведение ρχ располагалось в диапазоне: 0 < ρχ ≤ 0,3. (13) При этом остальная величина допустимой погрешности приходится на ошибки вычисления управляющего воздействия и аппаратную погрешность, которая определяется классом точности используемой аппаратуры. Из выражения (13) следует, что, задаваясь значениями коэффициентов ρ и χ, можно выбрать датчик и определить разрядность АЦП. В частности, чем меньше будет χ, тем точнее, но и дороже, будет датчик, а чем меньше будет ρ, тем с большей разрядной сеткой потребуется АЦП. К примеру, задавая χ = 0,6, т.е. выбирая недорогой, но грубый датчик, из выражения (13) при ρχ = 0,12 получим ρ = 0,2. Следовательно, чтобы обеспечить высокую точность при плохом датчике, необходимо увеличивать разрядную сетку АЦП и, конечно, вычислителя. Улучшения точности в этом случае добиваются применением программ усреднения или сглаживания, позволяющих ослабить низкочастотный шум в η (2-10) раз. Теоретические сведения об алгоритмах сглаживания можно найти в [2, 10], а также в Руководстве к лабораторной работе №4 “Исследование алгоритмов первичной цифровой обработки датчиков физических величин” в сборнике “ Руководство к лабораторным работам по курсу «Проектирование микрокомпьютерных систем промышленной электроники». Ч.2/ Под ред. О.Н. Пьявченко. – Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2004. – 26 с. ”. При этом среднеквадратическая ошибка сигнала рассогласования σe будет уменьшаться, поскольку σ 2сгл =

σ 2е η

( σ 2сгл –

средний квадрат ошибки после сглаживания). После того как датчик выбран в соответствии с условием (14) Δ удат ≤ χ ∆yтз с учетом заданного в табл. 4 значения коэффициента χ, из его паспортных данных становятся известны диапазон измерения Dyдат и точность ∆yдат. В результате дисперсия погрешности на входе вычислителя составит: 2 σ 2вх = σ 2дат + σ 2АЦП = (1 + ρ 2 ) σ 2дат ⋅ k прс

,

(15)

где ρ – коэффициент, величина которого задается в табл. 4, kпрс – коэффициент пересчета изменения реальной физической величины в напряжение на входе АЦП (на выходе датчика Uвых_дат). Числовое 20

значение этого коэффициента зависит от максимального значения физической величины умакс, измеряемой датчиком, и от максимального входного напряжения АЦП (обычно – это 10 В), т.е. U вых _ дат (16) k прс = . у макс на основании формул (8) – (16) можно рассчитать величину трансформированной погрешности. Например, при П-законе управления производная dF будет равна dei

kрег, следовательно, дисперсия трансформированной погрешности 2 σ 2тр = k рег σ 2вх

или с учетом (15) 2 2 σ 2тр = k рег (1 + ρ 2 )σ 2дат k прc .

При ПИД-законе в случае интегрирования по трапециям и использования для вычисления производной 2-х членов ряда (7. а) 2 2 ⎡ ⎛ Т диф ⎞ ⎤ ⎛ То ⎞ 2 2 2 ⎢ ⎟ ⎥ ⋅ 1 + ρ 2 ⋅ σ дат ⎟ + 6,5⎜⎜ = k рег + 0,5⎜⎜ k прс . Т и ⎟⎠ Т о ⎟⎠ ⎥ ⎢ ⎝ ⎝ ⎣ ⎦ Среднеквадратическое значение методической погрешности σмет при её нормальном распределении определяется выражением

(

σ 2тр

)

инт σинт мет = Δ мет / 3.

(17)

Абсолютная величина методической погрешности ∆мет при интегрировании по методу прямоугольников [2]: Tо 2 ⎡ de ( t ) ⎤ , ( i − 1)Tо ≤ t ≤ iTо , 2Tи ⎢⎣ dt ⎥⎦ макс а при интегрировании по методу трапеций [2]: _ пр Δинт = мет

_ тр Δ инт = мет

Tо 3 ⎡ d 2 e ( t ) ⎤ , ( i − 1 ) T о ≤ t ≤ iT о . ⎢ ⎥ 12 T и ⎣ dt 2 ⎦ макс

(18)

(19)

Таким образом, зная максимальные значения 1-й и 2-й производных ошибки рассогласования и величину интервала дискретности То, можно, пользуясь формулами (17), (18) или (17), (19), вычислить дисперсию методической погрешности σ 2мет на шаге То при вычислении интеграла. 21

Абсолютное значение методической погрешности получения первой производной, вычисляемой по (7. а) с 2-мя членами ряда будет равно:

Δдиф мет =

1 3 1 Δ еk = ( еk − 3еk −1 + 3еk − 2 − еk − 3 ). 3То 3То

(20)

В то время как использование одного слагаемого в (7. а) приводит к методической погрешности дифференцирования следующего вида: 1 2 1 3 1 (21) Δ еk + Δ еk = (5еk − 12еk −1 + 9еk − 2 − 2еk − 3 ). 2То 3То 6То Замечание. Поскольку перед дифференциальной составляющей в законе управления стоит постоянная времени Тдиф, то при оценке погрешностей вычисления управления она как масштабный коэффициент должна быть учтена в выражениях (20) и (21). Δдиф мет =

Для оценки инструментальной погрешности, обусловленной ограниченной длиной разрядной сетки вычислителя, необходимо знать эту длину. Из практики и технической литературы известно, что АЛУ вычислителя должно превышать разрядность АЦП на величину d, т.е.

N АЛУ = N y АЦП + d .

(22)

При этом величина младшего разряда АЛУ вычислителя составит (23) Δ АЛУ = 2 − d Δ y . АЦП

Величина d не должна быть меньше 4-х, чтобы результат не был искажен вычислительными погрешностями, и окончательная длина разрядной сетки АЛУ должна быть кратна байту. N y АЦП рассчитывается в Длина разрядной сетки АЦП соответствии с выражением:

⎧⎪ ⎛ D удат 3 ⎞ ⎫⎪ + 1⎟ ⎬, N y АЦП = E ⎨log 2 ⎜ ⎜ 2 ⋅ ρ ⋅ Δ удат ⎟⎪ ⎪⎩ ⎝ ⎠⎭

(24)

в котором операция Е{…} означает округление результата до ближайшего целого в большую сторону, а коэффициент 2 появляется из-за разницы 3

в вычислении дисперсий погрешностей датчика и АЦП. Так как погрешность датчика подчиняется нормальному закону распределения, а погрешность АЦП – равномерному, то дисперсии соответствующих погрешностей будут равны: 22

2 σ дат

=

(Δ y дат ) 2 9

Следовательно, учитывая, что

2

, σ АЦП =

σ 2АЦП

=

(Δ y ) 2 АЦП

12

.

ρ 2 σ 2дат , величину младшего

разряда АЦП можно определить как

Δ y АЦП =

2 3

ρ Δ y дат

(25)

Для окончательной оценки инструментальной погрешности необходимо подсчитать количество округлений m в формуле вычислений управляющего воздействия [2, 8] и определить дисперсию единичного округления в АЛУ с учетом равномерного закона распределения как Δ2 σ 2АЛУ = АЛУ . 12 В результате полная инструментальная погрешность вычисления на шаге То управляющего воздействия 2 σ инс = m ⋅ σ 2АЛУ ,

(26) После того как все составляющие погрешности вычисления управляющего воздействия определены, следует проверить условие (1). Если оно не выполняется, то нужно определить, какую из погрешностей необходимо уменьшать в первую очередь. Уменьшить погрешность метода можно, во-первых, путем уменьшения интервала дискретности То**, во-вторых, использованием более точных формул численного интегрирования и дифференцирования, пересчитав при этом значение инструментальной погрешности и опять проверив условие (1). Уменьшение величины трансформированной погрешности в η (2 ≤ η ≤ 10) раз можно добиться, как было уже сказано, введением алгоритмов сглаживания: экспоненциального или скользящего среднего [2, 10]. Величина инструментальной погрешности уменьшается только использованием устройств с большей длиной разрядной сетки.

** Уменьшение значения То ограничивается, прежде всего, возможностями используемых технических средств, поскольку за это время должны быть выполнены следующие процедуры: опрос датчиков, преобразование аналоговых отсчетов в код, первичная обработка, вычисление кода управляющего воздействия, преобразование его в напряжение и передача сигнала управления в исполнительное устройство. 23

Таблица 4 № вар 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

24

ОУ и канал регулирования Парогенератор: Расход топлива – давление перегретого пара Парогенератор: Расход воды на впрыск – температура перегретого пара Теплица: Расход воды на обогрев – температура воздуха Теплица: Расход воды на распыление – влажность воздуха Турбина: Положение регулирующего клапана – частота вращения Смеситель 1: Расход потока F1 – концентрация выходного потока С0 Смеситель 2: Расход холодной воды – температура смеси Генератор переменного тока: Напряжение на выходе – ток возбуждения Сушка: Температура на выходе топки – расход топлива Сушка: Влажность сухого жома – расход топлива

Закон регули Ко ровани я ПИД 0,15

Крег

30

ПИД 1,46 0,4

Ти, Тдиф, с с

χ

ρ

То, с

ек

Значения сигнала рассогласования ек-1 ек-2 ек-3

250 24

0,5 0,5

8

0,47

0,62

0,78

0,92

80

24

0,5 0,2

2

0,16

0,374

0,6

0,836

ПИ

20

3

600

-

0,6 0,5

10

0,2

0,4

0,65

0,85

ПИ

60

0,5

600

-

0,4 0,4

5

0,4

0,55

0,75

0,9

0,18

0,38

0,6

0,82

0,15

0,3

0,6

0,9

ПИД 105 0,43 353,5 501 0,2 0,5 0,6

ПИ

1,25

1

50

-

0,6 0,1

ПИ

4

4

250

-

0,3 0,5 2,5

0,2

0,4

0,65

0,9

ПД

10

1

-

0.3 0,3 0,4 0,05

0,5

0,55

0,75

0,94

ПИ

20 0,014 800

ПИД

40

400

1

5

-

0,6 0,15 100

0,4

0,6

0,75

0,9

20

0,6 0,25 20

0,35

0,55

0,7

0,8

Выбор ЦАП осуществляется по требуемому количеству разрядов, которое рассчитывается по формуле: Nu

ЦАП

⎧⎪ ⎛U ⎞⎫⎪ = E ⎨log 2 ⎜ макс + 1⎟⎬, ⎜ ⎟⎪ ⎪⎩ ⎝ Δ u доп ⎠⎭

(27)

где Uмакс – величина максимального напряжения на выходе ЦАП (например, 5 В), Δ u доп – цена младшего разряда ЦАП, которая с учетом равномерного распределения инструментальной погрешности и формулы (1) имеет следующий вид:

Δu доп = 2 3 σuдоп, В.

(28)

Примечание.

1. Размерность Ко определяется как отношение размерности выходной величины ОУ к напряжению на выходе ЦАП в Вольтах. 2. Диапазон регулирования Dy, требуемую точность регулирования Δ y необходимо определить из описания ОУ (Приложение 2). тз

После выполнения изложенных выше расчетов необходимо из приложения 1 подобрать соответствующие модули, отвечающие требованиям по точности преобразований и вычислений, привести их марку и технические характеристики. Если же Вам известны более экономичные отечественные или импортные технические средства, то более разумно использовать их с указанием тех же характеристик.

ПРИМЕР.

Выбрать модули ЦУУ, предназначенного для поддержания уровня h раствора в баке. Диапазон изменения уровня раствора: Dy = 6,0 – 7,5 м, точность поддержания: ∆yтз = ± 0,12 м. Указанный диапазон обеспечивается перестановкой регулирующего органа на 25%, следовательно, коэффициент передачи объекта управления 7,5 − 6,0 м К об = = 0,06 . 25 % хода РО Коэффициент передачи Ко между выходом ЦАП и выходом ОУ составляет 0.7 м/В. Остальные данные сведены в строку, аналогичную табл. 4, а именно 25

Таблица 5 Закон Ко, рег-я м/В ПИ 0,7

Крег Ти, с

Тдиф, с

χ

ρ

То,с

9,5 4,04

-

0,2

0,3

1

Значения сигнала рассогласования ек, В ек-1, В ек-2, В ек-3, В 0,97 0,92 0,8 0,55

РЕШЕНИЕ.

1. В соответствии с выражением (2) рассчитываем допустимое значение погрешности вычисления управляющего воздействия, полагая β, равным 0,3 σuдоп =β 2.

Δ у тз 3К о

= 0,0171 В.

По требуемой точности Δ y

дат

≤ χ ∆yт,≤ 0,2*(±0,12) = ±0,024 м и

заданному диапазону изменения уровня выбираем датчик УДУ-5П с диапазоном измерения уровня 12 м и погрешностью показаний Δудат = ±0,015 м [7]. 3.

По формуле (24) рассчитываем разрядность АЦП

⎧⎪ ⎛ D удат 3 ⎞ ⎫⎪ ⎧⎪ ⎛ ⎞ ⎫⎪ 12 3 + 1⎟⎟ ⎬ = 12 . N y АЦП = E ⎨log 2 ⎜ + 1⎟ ⎬ = E ⎨log 2 ⎜⎜ ⎜ 2 ⋅ ρ ⋅ Δ удат ⎟⎪ ⎪⎩ ⎪⎩ ⎝ 2 ⋅ 0,2 ⋅ 0,015 ⎠ ⎪⎭ ⎝ ⎠⎭ 4.

Определяем разрядность ЦАП (27):

⎞⎫⎪ ⎧ ⎛ 5 ⎧⎪ ⎛ U ⎞⎫⎪ ⎧⎪ ⎛ 5 ⎞⎫ +1⎟⎬ = Е⎨log2 ⎜ +1⎟⎬ = 5. NuЦАП = E⎨log2 ⎜⎜ макс +1⎟⎟⎬ = Е⎨log2 ⎜ ⎪⎩ ⎝ Δu доп ⎠⎪⎭ ⎪⎩ ⎜⎝ 2 3σu доп ⎟⎠⎪⎭ ⎩ ⎝ 0,1976 ⎠⎭ 5.

Определяем погрешность вычисления управляющего воздействия.

5.1. Расчет начнем с трансформированной погрешности, пользуясь формулами (4), (5), (8), (12), (15) и (16). В качестве формулы численного интегрирования в выражении (8) вместо формулы трапеций выбрана формула прямоугольников (5) как более простая. 26

σ тр =

⎛ ⎡ ∂F (u k −i , e k −i +1 ) ⎤ То ⎞ 2 2 2 ⎟ σ удат (1 + ρ 2 )k прс = ⎢ ⎥ σ e = ⎜⎜ К рег + ⎟ e ∂ Т k − i +1 ⎦ i =1 ⎣ и ⎠ ⎝ 2

2

m

∑

1 ⎞ ⎛⎜ ⎛ Δ удат ⎛ = ⎜ 9,5 + ⎟ ⎜ 4,04 ⎠ ⎜ ⎜⎝ 3 ⎝ ⎝ 2

(

)

2 ⎞ ⎞ 2 ⎟ ⎟ (1 + 0,3 2 )k прс = 0,0424 В при Δ удат = 0,015м. ⎟ ⎟ ⎠ ⎠

5.2. По (7. а), (17), (18), пользуясь числовыми данными, приведенными в табл. 5, находим величину методической погрешности:

е&k =

1 Тo

1 2 ⎫ 1 3 ⎧ ( еk ⎨ Δе k + Δ е k ⎬ = 2 2 Т ⎩ ⎭ o _ пр Δинт = мет

− 2еk −1 + 1 еk −2 ) = 0.015 В, 2

2

Tо ⎡ de ( t ) ⎤ = − 0 .0019 B, 2Tи ⎢⎣ dt ⎥⎦ макс

_ пр _ пр σ инт = Δинт / 3 = 0.000063 В. мет мет

(

_ пр σ 2мет = σ инт мет

)

2

= 4 * 10 −7 В2 .

Примечание. Если в алгоритм управления (4) входит дифференциальная составляющая uдиф = Т диф ⋅ е&(t ) , где Тдиф – постоянная

времени, величина которой задается в исходных данных, то методическая погрешность численного дифференцирования вычисляется по (20) или (21), а дисперсия методической погрешности для ПД-закона составит: 2 σ 2мет = ( Δдиф мет / 3) .

В то время как для ПИД-закона управления она имеет вид:

(

) ( 2

)

2

диф σ 2мет = σ инт мет + σ мет . 5.3. Для оценки инструментальной погрешности по (26) выбираем разрядность АЛУ (22) с учетом (23) и (24), оцениваем величину младшего разряда процессора (25) и количество округлений m в формулах вычисления управляющего воздействия. Задавшись коэффициентом d, равным 4, получаем 16-и разрядную сетку АЛУ и величину

Δ АЛУ = 2 − d Δ y АЦП = 2 − 4

2 3

ρ ⋅ Δу дат = 0.000325 B. .

Количество округлений m можно найти, если записать алгоритм расчета в АЛУ управляющего воздействия по ПИ-закону с использованием выбранной формулы численных вычислений (черточками обозначим процедуру округления): 27

ek = g зад − yk −1 , T A = o , B = A ⋅ ek , Tu

⎫ ⎪ ⎪ ⎪ ⎬ u1k = u1( k −1) + B , u2 k = K рег ⋅ ek ,⎪⎪ ⎪ uk = u1k + u2k . ⎭ В представленной системе уравнений g зад – требуемое значение регулируемой переменной y. Как видно из этой системы, количество округлений m равно 12 (следует заметить, что при определении m нельзя дважды учитывать округление одной и той же величины, например, A , В

или u1k , u 2k ). Так как инструментальная погрешность в пределах младшего разряда АЛУ подчиняется равномерному закону распределения, то, как было сказано выше, дисперсия единичного округления микроконтроллера

σ 2АЛУ =

Δ2АЛУ 12

и следовательно, инструментальная погрешность АЛУ при вычислении управляющего воздействия для рассматриваемого примера составит следующую величину: 2 σ инс =

( Δ АЛУ ) 2 0,0003252 ⋅m = ⋅ 12 = 1,056 * 10 −7 B2 . 12 12

Проверяем условие (1). С этой целью по выражению (3) определим значение суммарной погрешности вычисления как 2 σ u = σ 2тр + σ 2мет + σ инс = 0,0018 + 4 * 10 −7 + 1,056 * 10 −7 = 0,0424 B .

Сравнивая полученное значение с допустимым σuдоп = 0,0171, убеждаемся, что условие (1) не выполняется из-за большой по величине трансформированной погрешности. Как отмечалось ранее, для её уменьшения необходимо ввести алгоритм экспоненциального сглаживания с коэффициентом ослабления

⎧⎪ σ 2тр ⎫⎪ 0,0018 = 6,156 ⎬ = 7 , после чего условие (1) будет η = Е⎨ 2 = 2 ⎪⎩ σ идоп 0,0171 ⎪⎭ выполнено. 6. Из приложения 1 в соответствии с выполненными расчетами находим модули ввода-вывода и контроллер, отвечающие требованиям по точности преобразований и вычислений и имеющие разрядные сетки 28

по длине не хуже рассчитанных. Из модулей фирмы ADVANTECH можно использовать следующие: а) модуль аналогового ввода ADAM-4012 с параметрами: 16разрядный АЦП, Программная настройка для работы с мВ, В или мА, Гальваническая изоляция 500 В, 1 цифровой вход/счетчик событий, 2 цифровых выхода/аварии по верхней и нижней границам измеряемого входа; б) модуль аналогового вывода ADAM-4021 с параметрами: 12разрядный ЦАП, программная настройка выхода на В или мА, контроль состояния выхода, программируемая скорость изменения сигнала на выходе: от 0,125 до 128,0 мА/с или от 0,0625 до 64 В/с, гальваническая изоляция 500 В; в) ADAM-5511 - IBM PC-совместимый программируемый микроконтроллер. Микроконтроллер ADAM-5511 представляет собой аналог ADAM-5510, в котором реализована программная поддержка популярного протокола ModBus, что позволяет обмениваться данными с любым программным обеспечением верхнего уровня (SCADA) без использования специальных драйверов. Кроме того, ADAM_5511 обеспечивает возможность удаленной загрузки, запуска, останова и завершения программ. IBM PC совместимый программируемый микроконтроллер ADAM-5510: процессор: 80188, 16-разрядный, память ОЗУ: 256 кбайт, флэш-ПЗУ: 256 кбайт, операционная система: ROM-DOS, часы реального времени встроенные, сторожевой таймер встроенный, количество обслуживаемых модулей ввода-вывода: до 4, 2 последовательных порта: RS-232 и RS-485, напряжение изоляции 3000 В. Можно выбрать микроконтроллер фирмы Octagon Systems: Модель 6040 – микроконтроллер с АЦП и 24 каналами ввода-вывода: 8 каналов АЦП, 12 бит; 2 канала ЦАП, 12 бит; 24 цифровых канала вводавывода; процессор 386SX/25 МГц; память ОЗУ: 2 Мбайт; твердотельные диски; DOS 6.22 и CAMBASIC в ПЗУ; последовательные порты; поддержка сети по RS-485; параллельный порт. Окончательный выбор зависит от стоимости блоков.

29

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 РАСПРЕДЕЛЁННЫЕ СИСТЕМЫ СБОРА ДАННЫХ И УПРАВЛЕНИЯ СЕРИИ ADAM/5000 53 КРАТКИЙ КАТАЛОГ ПРОДУКЦИИ ПРОСОФТ 8.0 ©2002 ProSoft тел.: (095) 234_0636 Факс: (095) 234_0640 http://www.prosoft.ru ADVANTECH Фирма Advantech является одним из крупнейших в мире производителей IBM PC-совместимых компьютеров, рабочих станций, панелей управления, встраиваемых компьютеров, контроллеров и устройств сбора и обработки данных для применения в системах автоматизации в промышленности, на транспорте и в других отраслях, а также для компьютерной телефонии и других телекоммуникационных приложений. Advantech предлагает «из одних рук» очень широкую номенклатуру продуктов, представляющих собой законченные решения: панельные компьютеры и рабочие станции, шасси и корпуса для промышленных компьютеров, вмещающие до 20 плат расширения, промышленные серверы и RAID, массивы, компьютеры в стандарте CompactPCI, интегрированные промышленные и встраиваемые одноплатные компьютеры с шинами PCI, CompactPCI, ISA, PC/104, устройства сбора и обработки данных в форматах PCI, CompactPCI, ISA, PC/104, модули нормализации и преобразования аналоговых сигналов, многопортовые контроллеры последовательных интерфейсов, распределенные системы сбора и обработки данных, универсальные программаторы, программное обеспечение и драйверы. Гибкая современная система организации производства, высокий уровень инвестиций в разработку новых продуктов с учетом требований рынка, лучшее в отрасли соотношение цены и производительности при высоком качестве продукции, широкая сеть представительств и центров технической поддержки обеспечивают максимальное удовлетворение потребностей заказчиков. ADAM-5000 Введение Устройства серии ADAM-5000, предназначенные для построения территориально-распределенных систем сбора данных и управления, обеспечивают выполнение следующих функций: аналоговый ввод-вывод,

30

дискретный ввод-вывод, первичное преобразование информации, приём команд от удалённой вычислительной системы и передача в её адрес преобразованных данных с использованием интерфейса RS-485 или Ethernet. Распределенный ввод-вывод. ADAM-5000 состоит из трех модульных компонентов: процессор, кросс-плата, модули ввода-вывода. Каждое устройство может содержать до 4 или до 8 модулей. Имеется возможность гибкого конфигурирования системы и входящих в её состав устройств в зависимости от количества и вида измеряемых параметров, а также от расположения контролируемых объектов. Устройства серии ADAM-5000 могут объединяться в многоточечную сеть на базе интерфейса Ethernet или RS-485, управляемую центральным компьютером. Применение локально устанавливаемых модулей вводавывода позволяет существенно снизить затраты на монтаж, а также обеспечивает повышенные удобства в процессе обслуживания. Гибкая организация сетей. Каждая система ADAM-5000 использует 2-проводную линию для связи с управляющим компьютером по мультиабонентским сетям на базе интерфейса RS-485 или просто включается в имеющуюся сеть Ethernet. Благодаря использованию символьного протокола обмена в качестве управляющей может быть применена любая вычислительная платформа. Гибкая модульная промышленная конструкция. Повышенные удобства монтажа и простота изменения конфигурации устройства обеспечены применением специальной объединительной панели, предназначенной для установки модулей. Кроме того, имеется возможность установки на отдельную панель или на DIN-рельс. Для подключения источников сигналов используется терминальный соединитель с винтовой фиксацией, обеспечивающий возможность оперативного присоединения и повышенные удобства при обслуживании. Особенности: подключение до 256 систем к одному последовательному порту; до 64 каналов цифрового ввода-вывода или 32 аналоговых канала на ADAM-5000; удаленная настройка диапазонов и типов входных аналоговых сигналов; гальваноразвязка по входу/выходу/питанию и контроль с помощью сторожевого таймера; двухпроводные мультиабонентские сети на базе интерфейса RS-485; протокол обмена на базе ASCII-кодов; скорость передачи данных до 115 кбод; напряжение питания от +10 до +30 В; лёгкая установка на DIN-рельс или панель; фронтальное подключение, характерное для программируемых логических контроллеров; программа настройки включена в комплект поставки. Применение: удалённый сбор данных; мониторинг процессов; управление промышленными объектами; автоматизация лабораторий и 31

помещений; системы охраны; учет потребления энергоносителей и управление им; системы КИА/КПА и стендовые испытания. ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ПАРАМЕТРЫ ADAM-5000 Требования к питанию: питание нестабилизированное, от +10 до +30 В; защита от неправильной полярности при подключении питания. Конструкция: корпус: пластик ABS с элементами крепления; блок винтовых зажимов: сечение провода от 0,5 до 2,5 мм2. Условия эксплуатации: диапазон рабочих температур: от –10 до +70°С; диапазон температур хранения: от –25 до +85°С; влажность: от 5 до 95% без конденсации влаги. ADAM-5000TCP - распределенная система сбора данных и управления на базе интерфейса Ethernet. Интерфейс Ethernet обеспечивает высокую скорость передачи данных, низкую стоимость среды передачи, наличие поддержки огромного числа производителей программного и аппаратного обеспечения в мире. Системы сбора и обработки данных, компьютеры автоматизированных рабочих мест и серверы систем верхнего уровня управления предприятием могут получать непосредственный доступ к данным о параметрах технологического процесса через сети Ethernet. В результате эти данные могут быть использованы в системах диспетчерского контроля, административного управления и планирования, контроля качества и т.п. Устройство ADAM-5000/TCP, имеющее встроенный порт Ethernet со скоростью обмена 10/100 Мбит/с, предоставляет большому числу управляющих компьютеров прямой доступ к данным о состоянии контролируемого объекта с помощью OPC-сервера или элементов управления ActiveX. При этом устройство ADAM-5000/TCP использует популярный сетевой протокол для промышленных сетей на базе технологии Ethernet ModBus/TCP. Использование этого протокола позволяет легко интегрировать устройства ADAM-5000/TCP со SCADAсистемами или другими пользовательскими приложениями, которые поддерживают протокол ModBus. При этом пользователю нет необходимости использовать какой-либо специфический драйвер для ADAM-5000/TCP. Технические характеристики: 32-разрядный RISC-процессор Strong ARM фирмы Intel; объем ОЗУ: 4 Мбайт; объем флэш-ПЗУ: 512 кбайт для пользовательских прикладных программ; высокоскоростной коммуникационный порт 10/100 Base-T с автонастройкой скорости обмена; поддержка протокола ModBus/TCP; максимальная протяженность линии связи 100 м (без повторителя); возможность удаленной конфигурации через сеть Ethernet; одновременный доступ для 8 управляющих компьютеров; установка 8 модулей, обеспечивающих до

32

128 каналов ввода-вывода; напряжение изоляции 1500 В пост. тока для интерфейса Ethernet; количество обслуживаемых модулей ввода-вывода до 8 (допускается до 4 модулей ADAM-5024), светодиодные индикаторы состояния процессора (Run), подсистем питания (3,3 В и 5 В) и коммуникационной (Link, Active, Speed, Tx, Rx). ADAM-5000/485 - устройство распределенного сбора данных и управления на базе интерфейса RS-485. Процессор: 80188, 16-разрядный микропроцессор, ОЗУ: 32 кбайт, флэш-ПЗУ: 128 кбайт, интерфейс RS-485 (витая пара), гальваническая изоляция по линии связи 2500 В, сторожевой таймер, потребляемая мощность ЦПУ 1 Вт, изоляция по питанию 3000 В, число модулей вводавывода — 4, коммуникационный порт RS-485, дополнительный коммуникационный порт RS-232, индикация состояния «Питание», «ЦПУ», «Cвязь». Интерфейс: линия RS-485 (2 провода) к хост-машине, скорость от 1200 до 115,2 кбод, максимальное расстояние 1,2 км, протокол обмена ASCII, формат данных при асинхронной передаче: 1 старт-бит, 8 бит данных, 1 стоп-бит, без бита четности, нагрузочная способность порта: до 256 систем ADAM-5000 на один последовательный порт, защита: подавление помех на линиях связи RS-485. ADAM-5000E - устройство распределенного сбора данных и управления на базе интерфейса RS-485. Устройство ADAM-5000E представляет собой полный аналог ADAM-5000/485 и вмещает до 8 модулей ввода-вывода. ADAM-5511 - IBM PC-совместимый программируемый микроконтроллер. Микроконтроллер ADAM-5511 представляет собой аналог ADAM-5510, в котором реализована программная поддержка популярного протокола ModBus, что позволяет обмениваться данными с любым программным обеспечением верхнего уровня (SCADA) без использования специальных драйверов. Кроме того, ADAM_5511 обеспечивает возможность удаленной загрузки, запуска, останова и завершения программ. ADAM_5510 - IBM PC совместимый программируемый микроконтроллер. Программируемый микроконтроллер ADAM-5510 предназначен для использования в локальных и распределенных системах автоматизации в качестве автономного контроллера. Он обеспечивает прием и выдачу аналоговых и дискретных сигналов, первичное их преобразование по запрограммированным пользователем алгоритмам и обмен информацией по последовательным каналам связи на базе интерфейса RS-485. Контроллер имеет открытую архитектуру и может помощью традиционных языков программироваться как с программирования (С, ассемблер), так и с помощью языков логического 33

программирования в соответствии со стандартом МЭК-61131 (в настоящий момент поддержка ADAM-5510 реализована в системах программирования UltraLogik и Paradym-31). Таким образом, ADAM-5510 удачно сочетает в себе качества программируемого логического контроллера (PLC) с простой и открытой архитектурой IBM PCсовместимых компьютеров. Процессор: 80188, 16-разрядный, память ОЗУ: 256 кбайт, флэшПЗУ: 256 кбайт, операционная система: ROM-DOS, часы реального времени встроенные, сторожевой таймер встроенный, количество обслуживаемых модулей ввода-вывода — 4, 2 последовательных порта: RS-232 и RS-485, напряжение изоляции 3000 В. ADAM-5013 – 3-канальный модуль ввода для подключения термометров сопротивления. Каналы: 3; эффективное разрешение 16 бит; тип термометров сопротивления: Pt или Ni; напряжение изоляции 3000 В; частота выборки 10 Гц; Типы термометров и диапазоны температур: Pt от –100 до +100°С, α=0,00385; Pt от 0 до +100°С, α=0,00385; Pt от 0 до +200°С, α=0,00385; Pt от 0 до +600°С, α=0,00385; Pt от –100 до +100°С, α=0,003916; Pt от 0 до +100°С, α=0,003916; Pt от 0 до +200°С, α=0,003916; Pt от 0 до +600°С, α =0,003916; Ni от –80 до +100°С; Ni от 0 до +100°С. Входное сопротивление 2 Мом; полоса пропускания 2,62 Гц; схема подключения: 2-, 3- или 4-проводная; погрешность: ≤ ±0,05%; дрейф нуля: ±3 мкВ/°С; дрейф диапазона: ±25 РРМ/°С; подавление помехи общего вида 50/60 Гц — 150 дБ; подавление помехи нормального вида 50/60 Гц — 100 дБ. потребляемая мощность 0,7 Вт; несовместим с ADAM5000CAN. ADAM-5018 – 8-канальный модуль ввода для подключения термопар. Каналы: 8 дифференциальных; эффективное разрешение 16 бит; типы входного сигнала: мВ, В, мА; входной диапазон: ±15, ±50, ±100, ±500 мВ, ±1, ±2,5 В, ±20 мА; напряжение изоляции 1000 В (пост.); частота опроса 10 Гц (всего); тип термопары и диапазон температур: J 0…760°С, K 0…1000°С, T –100…400°С, E 0…1400°С, R 500…1750°С, S 500…1800°С, B 500…1800°С; входное сопротивление 2 Мом; полоса пропускания 13,1 Гц; точность не хуже ±0,1%; дрейф нуля: ±0,3 мкВ/°С; дрейф диапазона: 25 РРМ/°С; ослаб- ление сигнала при 50/60 Гц — 92 дБ/мин; потребляемая мощность 1,0 Вт. ADAM-5017Н – 8-канальный модуль ввода для подключения термометров сопротивления. Каналы: 8 дифференциальных с возможностью поканальной установки диапазона входного сигнала; эффективное разрешение 12 бит; тип входного сигнала: мВ, В, мА; 34

диапазоны входного сигнала: ±250, ±500 мВ, ±1, ±5, ±10 В, 0…250, 0…500 мВ, 0…1, 0…5, 0…10 В, 0…20, 4…20 мА; напряжение изоляции 3000 В; частота выборки 8 кГц; входное сопротивление 20 Мом; погрешность: ≤ ±0,1%; потребляемая мощность 0,7 Вт; несовместим с ADAM-5000CAN ADAM-5017 – 8-канальный модуль аналогового ввода. Каналы: 8 дифференциальных; эффективное разрешение 16 бит; типы входного сигнала: мВ, В, мА; входной диапазон: ±150, ±500 мВ, ±1, ±5, ±10 В; 0…20 мА; напряжение изоляции 1000 В (пост.); частота выборки 10 Гц (общая); входное сопротивление 2 Мом; полоса пропускания 13,1 Гц; погрешность: ≤ ±0,1%; дрейф нуля: ±0,3 мкВ/°С; дрейф диапазона: ±25 РРМ/°С; ослабление сигнала при 50/60 Гц 92 дБ/мин; потребляемая мощность 1,0 Вт. ADAM-5050 – 16-канальный универсальный модуль дискретного ввода_вывода. Каналы: 16; режим работы устанавливается поразрядно с помощью DIP-переключателей; дискретный ввод: уровень логического 0: 0…+2 В; уровень логической 1: +4…+30 В; «сухой» контакт: «0» – замкнут на общий провод, «1» – разомкнут; дискретный вывод: открытый коллектор, напряжение до 30 В, ток до 100 мА; потребляемая мощность 0,5 Вт; несовместим с ADAM-5000CAN. ADAM-5024 – 4-канальный модуль аналогового вывода. Каналы: 4; эффективное разрешение 12 бит; типы выходного сигнала: мА, В; выходной диапазон: 0…20, 4…20 мА, 0…10 В; напряжение изоляции 500 В; точность: ±0,1% для токового выхода; ±0,1% для выхода напряжения; разрешающая способность 0,015%; дрейф нуля: выход напряжения ±30 мкВ/°С; токовый выход ±0,2 мкА/°С; программируемая скорость нарастания выходного сигнала: 0,125…0,128 мА/с; 0,0625…64,0 В/с; токовый нагрузочный резистор 0…500 Ом (источник); потребляемая мощность 2,5 Вт ADAM-5051/D – модуль цифрового ввода на 16 каналов. 16 входных каналов с общим проводом; входное напряжение до 30 В; светодиодная индикация входов (только ADAM-5051D); 5051D несовместим с ADAM-5000CAN. ADAM-5051S – 16-канальный модуль дискретного ввода с гальванической изоляцией и светодиодной индикацией. Количество каналов: 16; максимальное входное напряжение: 50 В; уровень логического 0: не более 1 В; уровень логической 1: от 10 до 50 В; вытекающий ток: не более 0,5 мА; напряжение изоляции: 2500 В пост.тока; защита от перенапряжения по входу: 70 В пост. тока; светодиодные индикаторы состояния сигналов на входах. ADAM-5052 – 8-канальный модуль дискретного ввода c гальванической изоляцией. Каналы: 8; дискретный ввод; уровень логического 0: 0…+1 В, уровень логической 1: +3…+30 В, «сухой» 35

контакт: «0» — замкнут на общий провод, «1» — разомкнут; напряжение изоляции 5000 В; входное сопротивление: 1 кОм 0,5 Вт; потребляемая мощность 0,1 Вт; несовместим с ADAM-5000CAN. ADAM-5055S – 16-канальный модуль дискретного ввода вывода с гальванической изоляцией и светодиодной индикацией. Каналы: 8 дискретного ввода и 8 дискретного вывода; дискретные выходы; тип: открытый коллектор; ток нагрузки: до 200 мА; дискретные входы уровень логического 0: не более 3 В; уровень логической 1: от 10 до 50 В; при контроле цепей типа «сухой» контакт уровень логического 0: вход, замкнутый на землю (GND); уровень логической 1: вход, разомкнутый относительно земли (GND); напряжение изоляции: 2500 В пост. тока; защита от перенапряжения по входу: 70 В пост. тока; светодиодные индикаторы состояния сигналов. ADAM-5056S – 16-канальный модуль дискретного вывода с гальванической изоляцией и светодиодной индикацией. Количество каналов: 16; тип выхода: открытый коллектор; коммутируемое напряжение: до 40 В; ток нагрузки: до 200 мА; напряжение изоляции 2500 В пост. тока; защита от перенапряжения по входу: 70 В пост. тока; светодиодные индикаторы состояния сигналов на выходах. ADAM-5056/D – модуль цифрового вывода на 16 каналов. 16 выходных каналов с общим проводом; выход — открытый коллектор, коммутируемая мощность до 450 мВт при напряжении до 30 В; светодиодная индикация выходов (только ADAM-5056D); 5056D несовместим с ADAM-5000CAN. ADAM-5060 – 6-канальный релейный выходной модуль. Нагрузка на контактных группах: 125 В @ 0,6 А перем. тока; 250 В @ 0,3 А перем. тока; 30 В @ 2 А пост. тока; 110 В @ 0,6 А пост. тока; напряжение изоляции 500 В (пост.); замыкание (среднее) 3 мс; размыкание (среднее) 1 мс. Полное время переключения 10 мс; сопротивление изоляции 100 МОм (минимум при 500 В постоянного тока); потребляемая мощность 0,7 Вт. ADAM-5068 – 8-канальный релейный выходной модуль. Каналы: 8 реле с замыкающим контактом; нагрузка: до 125 В при 0,5 А переменного тока, до 30 В при 0,5 А постоянного тока; напряжение изоляции 1000 В; сопротивление изоляции не менее 1000 Мом; потребляемая мощность 1,0 Вт; несовместим с ADAM-5000CAN. ADAM-5080 – 4-канальный модуль счетчиков-таймеров. Каналы: 4 независимых 16-битовых или 2 независимых 32-битовых счетчика; входная частота: до 500 Гц в режиме измерения частоты, до 5 кГц в режиме счета; входной сигнал; уровень логического 0: 0…+1 В, уровень логической 1: +3…+30 В; напряжение изоляции 2500 В; потребляемая мощность 1,0 Вт; несовместим с ADAM-5000CAN. 36

ADAM-5090 – 4-портовый модуль интерфейсов RS-232. 4 порта RS-232 для подключения внешних устройств; скорость обмена от 50 бит/с до 115,2 кбит/с; внешние соединители RJ-45; тип UART: 16С954, 128 байт FIFO; поддерживается только в программируемых контроллерах серии ADAM-551х. ADAM-4000 Mодули для распределённых систем сбора данных и управления на базе интерфейса RS-485. Модули серии ADAM-4000 предназначены для построения распределенных систем сбора данных и управления и представляют собой компактные и интеллектуальные устройства обработки сигналов датчиков, специально разработанные для применения в промышленности. Наличие встроенных микропроцессоров позволяет им осуществлять нормализацию сигналов, операции аналогового и дискретного ввода-вывода, отображение данных и их передачу (или прием) по интерфейсу RS-485. Все модули имеют гальваническую развязку по цепям питания и интерфейса RS-485, программную установку параметров, командный протокол ASCII и сторожевой таймер. Питание модулей осуществляется нестабилизированным напряжением 10…30 В постоянного тока. Диапазон температур: рабочий –10…+70°С, хранения –25…+80°С. Относительная влажность — до 95% без конденсации влаги. ADAM-4012 – модуль аналогового ввода. 16-разрядный АЦП; программная настройка для работы с мВ, В или мА; гальваническая изоляция 500 В; 1 цифровой вход/счетчик событий; 2 цифровых выхода/аварии по верхней и нижней границам измеряемого входа ADAM-4011/D – модуль аналогового ввода. 16-разрядный АЦП; программная настройка для работы с термопарами, малыми напряжениями и токами; гальваническая изоляция 500 В; 1 цифровой вход/счетчик событий; 2 цифровых выхода/аварии по верхней и нижней границам измеряемого входа. ADAM-4013 – модуль аналогового ввода. 16-разрядный АЦП; программная настройка для работы с термометрами сопротивления (Pt или Ni RTD); гальваническая изоляция 500 В; подключение по 2, 3 или 4 проводам. ADAM-4080/D – 2-канальный модуль счетчиков-таймеров. Каналы: 2 независимых 32битовых счетчика; измеряемая частота: от 5 Гц до 50 кГц; длительность входного импульса: не менее 10 мкс; входной сигнал: уровень логического 0 — 0…+1 В, уровень логической 1 — +3…+30 В; напряжение изоляции 2500 В; светодиодный индикатор (ADAM-4080D); потребляемая мощность 2,0 Вт.

37

ADAM-4016 – модуль ввода сигнала тензомоста. 1 дифференциальный вход; гальваническая изоляция 3000 В; программная настройка; частота выборки 10 Гц. ADAM-4015 – 6-канальный модуль аналогового ввода. 16разрядный АЦП; количество каналов: 6 дифференциальных; типы поддерживаемых термометров сопротивления: Pt 100, Pt 1000, Balco 500, Ni, Cu50 (ТСМ50); напряжение изоляции 3000 В постоянного тока; схема подключения: 2- и 3-проводная. ADAM-4017/4017+ – модули аналогового ввода на 8 каналов. 16разрядный АЦП; количество каналов: 6 дифференциальных + 2 однополюсных (ADAM-4017) или 8 дифференциальных (ADAM-4017+); программная настройка типа и диапазона входного сигнала; напряжение изоляции 3000 В постоянного тока. ADAM-4018М – модуль аналогового ввода на 8 каналов с буфером данных. 16-разрядный АЦП; программная настройка для работы с термопарами, мВ или мА; буфер данных на основе флэш-памяти в 32 кбайта для 10000 измерений; 6 дифференциальных и 2 однополюсных канала; гальваническая изоляция 500 В. ADAM-4018 – модуль аналогового ввода на 8 каналов для подключения термопар. 16-разрядный АЦП; 6 дифференциальных и 2 однополюсных канала; программная настройка для работы с термопарами, мВ или мА; гальваническая изоляция: 500 В; ADAM-4019 – универсальный модуль аналогового ввода на 8 каналов. 16-разрядный АЦП; количество и тип каналов аналогового ввода: 8 дифференциальных с индивидуальной установкой параметров для каждого канала; тип входного сигнала: сигнал с термопары, напряжение (мВ, В), ток (мА); напряжение изоляции: 3000 В постоянного тока. ADAM-4053 – модуль цифрового ввода на 16 каналов. 16 входов с общей землей; входное напряжение до 30 В. ADAM-4060 – модуль релейного цифрового вывода. 2 релейных выхода типа А; 2 релейных выхода типа С; параметры контактов реле по переменному току: 125 В при 0,6 А, 250 Впри 0,3 А, по постоянному току: 30 В при 2 А, 110 В при 0,6 А. ADAM-4021 – модуль аналогового вывода. 12-разрядный ЦАП; программная настройка выхода на В или мА; контроль состояния выхода; программируемая скорость изменения сигнала на выходе: от 0,125 до 128,0 мА/с или от 0,0625 до 64 В/с; гальваническая изоляция 500 В. ADAM-4500 – IBM РС-совместимый управляющий модуль. Процессор 80188; флэш-ПЗУ: 256 кбайт; ОЗУ: 256 кбайт статической памяти; последовательные порты RS-232 и RS-485; загрузка программ из внешнего компьютера.

38

ADAM-4520/4510 – модули преобразователя RS-232 в RS-422/485 и повторителя. Скорость передачи до 38,4 кбит/с; автоматический контроль направления передачи; гальваническая изоляция 500 В (ADAM4520); длина сегмента линии до 1200 м; напряжение питания: 10...30 В; легко устанавливаются на DIN-рельсы. ADAM-4521 – адресуемый модуль преобразователя RS-485 в RS232 с изоляцией 1000 В; встроенный микропроцессор; скорость передачи до 115,2 кбит/с; автоматический контроль направления передачи; возможность работы с приборами на скорости, отличной от скорости в сети RS-485; сторожевой таймер. ADAM-4541 – модули сопряжения интерфейсов RS-232/422/485 с ВОЛС. Работа с многомодовым (ADAM-4541) или одномодовым (ADAM4542) оптоволокном; 1 порт RS-232/422/485; полнодуплексный режим передачи; длина линии связи до 2,5 км (ADAM-4541) или до 15 км (ADAM-4542); стандартные соединители типа ST. ADAM-4024 – модуль аналогового вывода на 4 канала. 12разрядный ЦАП; количество каналов: 4; программная настройка типа и диапазона выходного сигнала; программируемая скорость изменения сигнала на выходе: от 0,125 до 128 мА/с или от 0,0625 до 64 В/с; напряжение изоляции: 3000 В постоянного тока. ADAM-4051 – модуль цифрового ввода на 16 каналов с индикацией. 16 входных каналов с гальванической изоляцией; входное напряжение до 50 В пост. тока; напряжение изоляции: 2500 В пост. тока; светодиодная индикация состояния входных каналов. ADAM-4055 – модуль цифрового ввода-вывода на 16 каналов с индикацией. 8 входных каналов с гальванической изоляцией; входное напряжение до 50 В пост. тока; 8 выходных каналов типа «открытый коллектор»; напряжение изоляции: 500 В пост. тока; светодиодная индикация состояния входных каналов. ADAM-4050 – модуль цифрового ввода-вывода. 7 цифровых входов; входное напряжение от 0 до 30 В; 8 выходов типа «открытый коллектор»; предусмотрена возможность работы с электронными реле. ADAM-4052 – модуль цифрового ввода-вывода с гальванической изоляцией. 6 полностью изолированных цифровых входов; 2 изолированных входа с общей землей; входное напряжение от 0 до 30 В; гальваническая изоляция 5000 В. ADAM-6500 – программируемый коммуникационный контроллер с ОС Windows CE. Процессор: Intel StrongArm 206 МГц; флэш-диск: 16 Мбайт, установлена ОС Windows CE; ОЗУ: 32 Мбайт; интерфейс Ethernet 10/100Base-T; последовательные интерфейсы: 3 RS-232, 1 RS-485; возможность настройки с помощью Web-браузера с поддержкой JAVA.

39

Серия ADAM-6000 Интеллектуальные модули сбора данных с интерфейсом Ethernet и встроенной Web-страницей. Модули серии ADAM-6000 предназначены для построения нтеллектуальных распределенных систем сбора данных и управления на основе интерфейса Ethernet. Использование Ethernet позволяет легко интегрировать системы на основе модулей ADAM-6000 в сети Интернет/интранет. ADAM-6521 – 5-портовые коммутаторы Ethernet 10/100 Мбит/с с оптоволоконным портом. Интерфейс Ethernet: 4·10/100Base-T, 1·10/100Base-FX; соединители: 4·RJ045, 1·SC; поддержка стандартов IEEE 802.3, IEEE 802.3u. ADAM_6520/6522 - 5/3_портовые коммутаторы Ethernet 10/100 Мбит /с. Интерфейс Ethernet 10/100Base-T; количество портов: 5 (для ADAM-6520), 3 (для ADAM-6522); соединители: RJ-45; поддержка стандартов IEEE 802.3, IEEE 802.3u. ADAM-6510 – 4-портовый концентратор Ethernet 10 Мбит/с. Интерфейс Ethernet 10Base-T; соединители: RJ-45; поддержка стандартов IEEE 802.3, IEEE 802.3u. ADAM-6530 – модуль для связи с модемом. Процессор: Intel StrongArm 206 МГц; флэш-диск: 16 Мбайт; ОЗУ: 32 Мбайт; интерфейс Ethernet 10/100Base-T; последовательные интерфейсы: СОМ1 — для подключения модема, СОМ2 — консольный, для подключения GPSприемника, для подключения модема; поддержка протоколов ARP, ODP, TFTP, ICMP, PPP, TCP/IP, NTP/SNTP, NMEA 0183 (для GPS-приемника); возможность настройки с помощью Web-браузера с поддержкой JAVAдоступа в реальном времени к данным модулей с помощью встроенного в каждый модуль сбора данных Web-сервера. Для организации взаимодействия со SCADA-системами верхнего уровня в модулях реализована поддержка протокола Modbus/ТСР, и обмен данными происходит через ОРС-сервер. Кроме того, с модулями поставляются соответствующие DLL-драйверы и ActiveX-компоненты, а также утилита для конфигурирования и настройки модулей. Для настройки встроенной в модули Web-страницы предусмотрена возможность удаленной загрузки JAVA-аплетов. ADAM-6060 – модуль релейной коммутации и цифрового ввода. 6 входных каналов («сухой» контакт, напряжение до 30В) с гальванической изоляцией; напряжение изоляции 2000 В постоянного тока; 6 выходных реле типа «А», параметры контактов реле: 120 В при 0,5 A по перем. току, 30 В при 1 A по пост. току. ADAM-6050 – модуль цифрового ввода_вывода на 18 каналов.

40

12 входных каналов («сухой» контакт) с гальванической изоляцией; 6 выходных каналов типа «открытый коллектор» (до 30 В при 0,2 А); напряжение изоляции 2000 В постоянного тока; ADAM-6051 – модуль цифрового ввода_вывода на 16 каналов с 2 счетчиками. 12 входных каналов («сухой» контакт) с гальванической изоляцией; 2 выходных канала типа «открытый коллектор» (до 30 В при 0,2 А); 2 входных канала с 32-разрядными счетчиками с функциями: подсчета событий (макс. входная частота до 5 кГц), измерения частоты (от 0,3 до 1000 Гц); напряжение изоляции 2000 В постоянного тока. ADAM-6018 – модуль аналогового ввода 8_канальный для подключения термопар. Эффективное разрешение АЦП: 16 разрядов; количество каналов: 8 дифференциальных; типы поддерживаемых термопар: J, K, T, E, R, S, B; напряжение изоляции: 2000 В постоянного тока. ADAM-6017 – модуль аналогового ввода на 8 каналов. 16разрядный АЦП; количество каналов: 8 дифференциальных; программная настройка типа и диапазона входного сигнала; напряжение изоляции: 2000 В постоянного тока. ADAM-6015 – 6-канальный модуль аналогового ввода для подключения термометров сопротивления. Эффективное разрешение АЦП: 16 разрядов; количество каналов: 6 дифференциальных; типы поддерживаемых термометров сопротивления:Pt 100, Pt 1000, Balco 500, Ni 50; напряжение изоляции: 2000 В постоянного тока; схема подключения: 2- и 3-проводная. Программируемые логические контроллеры серии ADAM-7000 Предварительная информация Многофункциональные ПЛК серии ADAM-7000 предназначены для решения широкого круга задач в сфере промышленной автоматизации, в том числе по управлению движением. Ключевыми особенностями данных ПЛК являются: модульная конструкция, сборка которой осуществляется непосредственно на DIN-рельсе, высокое быстродействие, возможность подключения большого числа внешних сигналов (до 128 аналоговых и до 512 дискретных каналов на 1 контроллер) и широкий набор внешних интерфейсов, в том числе Ethernet 10Base-T. В комплект поставки контроллера входит среда программирования, соответствующая стандарту МЭК 61131, реализующая языки релейных схем (Ladder diagram) и функциональных блоков (Function block).

41

Распределённые системы сбора данных и управления серии ADAM/7000 ADAM-7500 – базовый (процессорный) блок контроллера. 16 дискретных входов, 12 дискретных выходов; 4 канала счетчиков (входная частота до 20кГц), 2 число-импульсных выхода (выходная частота до 20 кГц); последовательные порты: 2·RS-232, 1·RS-485; до 32 контуров PIDрегулирования; возможность расширения числа каналов с помощью модулей серии ADAM-4000 и ADAM-5000; флэш-ПЗУ и ОЗУ с батарейной поддержкой; объем программы до 13 кслов. ADAM-7510 – базовый (процессорный) блок контроллера с возможностью управления движением по 2 осям. 14 дискретных входов, 12 дискретных выходов; 2 канала счетчиков (входная частота до 512 кГц), 2 канала счетчиков (входная частота до 20 кГц); 2 число-импульсных выхода (выходная частота до 512 кГц); остальные параметры аналогичны блоку ADAM-7500. ADAM-7090 – внешний модуль соединителей DB для последовательных портов. Для оснащения последовательных портов RS232 базового блока внешними соединителями типа DB и порта RS-485 клеммным соединителем. ADAM-7095 – внешний модуль интерфейса Ethernet 10 Мбит/с Интерфейс Ethernet 10Base-T; соединитель DB-9; поддержка стандарта IEEE 802.3. ADAM-7017 – модуль аналогового ввода на 6 каналов. 12разрядный АЦП; количество каналов: 6 дифференциальных; программная настройка типа (ток, напряжение) и диапазона входного сигнала; точность 1%. ADAM-7022 – модуль аналогового вывода на 2 канала. 12разрядный ЦАП; количество каналов: 2; программная настройка типа (ток, напряжение) и диапазона выходного сигнала; точность 1%. ADAM-7018J/K – 6-канальный модуль аналогового ввода для подключения термопар. 2 аналоговых входа (ток, напряжение); 4 аналоговых входа для подключения термопар типов J (ADAM-7018J) или K (ADAM-7018K); разрешение 1°С. ADAM-7013H/T – 6-канальный модуль аналогового ввода для подключения термометров сопротивления. 2 аналоговых входа (ток, напряжение); 4 аналоговых входа для подключения термометров сопротивления типов Pt 100 (ADAM-7013H) или Pt 1000 (ADAM-7013T); разрешение 0,1°С. Модули дискретного ввода-вывода Входные сигналы: 24 В пост. тока, светодиодная индикация каждого канала. Выходные сигналы: реле, коммутируемое напряжение до

42

250 В перем. тока, или до 30 В пост. тока, светодиодная индикация каждого канала. ADAM-7051 – модуль дискретного ввода (8 каналов); ADAM-7050R – модуль дискретного ввода (4 канала) и релейной коммутации (4 реле); ADAM-7068R – модуль релейной коммутации (8 реле); ADAM-7071 – модуль для подключения 8-разрядных 7сегментных индикаторов; ADAM-7072 – модуль для подключения 16-разрядных 7сегментных индикаторов; ADAM-7053 – модуль дискретного ввода (32 канала); ADAM-7054R – модуль дискретного ввода (16 каналов) и релейной коммутации (12 реле); ADAM-3013 – нормализатор сигналов термометров сопротивления: тип термометра сопротивления — Pt или Ni; входное сопротивление — 2 Мом; выходной сигнал: 0...10, 0...5 В, 0...20 мА; полоса пропускания: 4 Гц; гальваническая изоляция: 1000 В; ADAM-3016 – нормализатор сигнала тензомоста: тип входного сигнала — мост; диапазоны входного сигнала: ±15, ±30, ±100 мВ; выходной сигнал: 0...10, 0...5 В, 0...20 мА; гальваническая изоляция: 1000 В. ADAM-3011 – нормализатор сигналов термопар: полная гальваническая изоляция до 1000 В постоянного тока; подключение термопар J, K и T-типов; встроенный линеаризатор сигналов термопар; монтаж на DIN-рельсы. ADAM-3014 – двунаправленный модуль нормализации аналоговых сигналов с гальванической изоляцией: полная гальваническая изоляция до 1000 В; диапазоны входного сигнала: мВ, В, мА; диапазоны выходного сигнала: В, мА; полоса пропускания 2,4 кГц; точность: ±0,1% полной шкалы; потребляемая мощность: 1,2 Вт. ADAM-3015 – двухканальный двунаправленный модуль нормализации аналоговых сигналов с гальванической изоляцией: число каналов: 2; полная гальваническая изоляция до 1000В; диапазоны входного сигнала: ±5В, 0...5В; диапазон выходного сигнала: 0...5 В; полоса пропускания: 2,4 кГц; точность: ±0,1% полной шкалы. ADAM-3112 – нормализатор переменного напряжения: полная гальваническая изоляция до 1000 В; диапазон входного сигнала: 0...450 В перем. тока; диапазон выходного сигнала: 0...5 В; точность: ±0,1% полной шкалы. ADAM-3114 – нормализатор переменного тока: полная гальваническая изоляция до 1000 В; диапазон входного сигнала: 0...5 А перем. тока; диапазон выходного сигнала: 0...5 В; точность: ±0,1% полной шкалы. 43

MIC-2352 – интегрированный процессорный модуль на базе процессора Pentium MMX: процессор: Pentium MMX 266 МГц (установлен); чипсет: Intel 430 ТХ; контроллер VGA: C&T 69000; контроллер Ethernet 10/100BaseQT; ОЗУ: до 128 Мбайт SDRAM (1·SODIMM); SSD: поддержка CompactFlash; порты и контроллеры НЖМД/НГМД: 2·COM, 1·P, 1·FDD, 1·EIDE. MIC-2120/2130 – модуль НГМД/НЖМД: для непосредственной установки в каркас MIC-2000; встроенный контроллер для 2 НГМД и одного IDE НЖМД; Dстроенный НГМД 720 кбайт/1,44 Мбайт (MIC2120); предусмотрена установка 2,5” НЖМД (MIC-2130). MIC-2000/8/11 – 8/11-слотовый каркас модульного промышленного компьютера: высокопрочное стальное шасси; 8 или 11 слотов расширения ISA; 250 Вт АТQисточник питания; 2 вентилятора для охлаждения; габаритные размеры: 342·266·162 мм (MIC-2000/8); 483 (19»)·266·162 мм (MIC-2000/11). MIC-2000 – модульный промышленный компьютер в прочном пылезащищённом корпусе: открытая архитектура на базе шины ISA; гибкая модульная конструкция; клеммы для ввода-вывода на передней панели; ручки для облегчения установки и извлечения модулей; предусмотрен монтаж в стойку или на стену; каркас на 8 или 11 мест для модулей расширения. MIC-2718 – модуль аналогового ввода на 16 каналов: 12 разрядов, 100 кГц; 16 однополярных или 8 дифференциальных каналов; программируемый коэффициент усиления (до 1000); разъёмные клеммные соединители. MIC-2730/2732 – модуль изолированного цифрового ввода на 16/32 канала: 16/32 оптоизолированных цифровых входа; гальваническая изоляция: 2500 В; входы конфигурируются для ввода «сухого» контакта или напряжения; светодиодная индикация состояния входа; разъёмные клеммные соединители. MIC-2750/2752 – модуль изолированного цифрового вывода на 16/32 канала: 16/32 оптоизолированных цифровых выхода; гальваническая изоляция: 2500 В; высокая нагрузочная способность; светодиодная индикация состояния входа; разъёмные клеммные соединители. MIC-2610 – модуль изолированного двухпортового RS-422/RS485: контроллеры 16С550 с 16-байтовым FIFO; автоматический контроль шины RS-485; гальваническая изоляция: 1000 В; поддержка расширенного набора АТ-прерываний; драйвер для DOS (PC-ComLib) в комплекте. MIC-2630 – модуль изолированного двухпортового интерфейса CAN: скорость передачи до 1 Мбит/с; гальваническая изоляция: 1000 В; поддержка расширенного набора АТ-прерываний; работа через окно в памяти; назначение контактов разъемов в соответствии с CIA. 44

MIC-2728 – модуль аналогового вывода на 4 канала с гальванической изоляцией: 12 разрядов ЦАП, с двойной буферизацией; гальваническая изоляция: 500 В; выходной диапазон: ±5, ±10, от 0 до 5 и от 0 до 10 В; токовые выходы: 0...20 и 4...20 мА; разъёмные клеммные соединители. MIC-2760 – 10-канальный модуль релейной коммутации: 10 реле с переключающим контактом; коммутируемая мощность: 125 В при 1А переменного тока; 30 В при 2 А постоянного тока; светодиодный индикатор состояния. Octagon Systems

Фирма Octagon Systems (США) является одним из мировых лидеров в производстве промышленных и встраиваемых IBM PC совместимых компьютеров для тяжелых условий эксплуатации. Благодаря своим высоким эксплуатационным характеристикам, открытой архитектуре, высокой надежности и полной IBM РС-совместимости, они достигают беспрецедентного уровня по критерию «цена производительность» и обеспечивают решение практически любых задач автоматизации в различных отраслях. Фирма имеет международный сертификат качества производства ISO 9001. Концепция MicroPC. Размеры плат MicroPC всего 114·124 мм, что достаточно даже для наиболее компактных конструктивов, а специальная технология их изготовления обеспечивает работу при температурах от —40 до +85°С и устойчивость к вибрациям до 5g и ударам до 20g. Таким образом, компьютеры MicroPC успешно работают в экстремальных условиях, где обычные персональные и промышленные компьютеры выходят из строя. Надежность изделий MicroPC обеспечивается на всех этапах производственного цикла. Среднее время наработки на отказ (MTBF) для этих изделий составляет порядка 200000 часов, что соответствует жестким нормам стандарта MIL-217F. Оборудование фирмы Octagon Systems используется на самолетах, космических кораблях Space Shuttle, подводных аппаратах, на железнодорожном транспорте, в нефтяной и газовой промышленности. Изделия фирмы Octagon Systems имеют ограниченную гарантию 3 года. Оригинальная система 4-точечного крепления плат. Фирма Octagon Systems разработала систему 4-точечного крепления плат с шиной ISA, обеспечивающую прочную фиксацию платы со всех четырех сторон с помощью соединителя, направляющих рельсов и крепежных планок, что совершенно исключает боковое перемещение плат 45

и защищает их от воздействия ударов и вибраций. Кроме того, обеспечивается возможность быстрой замены платы. Энергопотребление снижается в несколько раз. 100% применение элементной базы КМОП позволяет в несколько раз снизить потребляемую мощность. Таким образом, платы MicroPC не требуют принудительного воздушного охлаждения и могут устанавливаться в герметизированные корпуса. Для питания необходим единственный источник напряжения 5 В. Стандарты и программное обеспечение. Архитектура IBM РС и лежащая в ее основе шина ISA являются в настоящее время безусловным стандартом в промышленности. Изделия серии MicroPC представляют собой идеальное сочетание полной (в том числе и конструктивной) совместимости с этой шиной и малого размера плат, обеспечивающего высокие механические характеристики системы и легкое встраивание изделий MicroPC в любое оборудование. Почти всю разработку и отладку программного обеспечения можно производить на обычном персональном компьютере, установив в него платы ввода-вывода MicroPC, а затем переносить готовое программное обеспечение в контроллер, где в ПЗУ уже находится ядро операционной системы DOS 6.22. Однако при этом Вы можете использовать практически любое знакомое Вам программное обеспечение и средства разработки (например, DOS, Windows NT/95/98, QNX, Linux и др.), работающие на стандартной IBM PC платформе, или специальные инструментальные пакеты и библиотеки (UltraLogik, RTKernel и др.) Основные технические параметры контроллеров cерии 6000 Модель NIM – преобразователь интерфейсов RS-232 в RS422/485 с гальванической развязкой: предназначен для установки на микроконтроллеры серии 6000; гальваническая развязка приёмника и передатчика; диапазон рабочих температур от –40 до +85°С. Модель 6010 – высокопроизводительный микроконтроллер: процессор 386SX/25 МГц; память ОЗУ 4 Мбайт; твердотельные диски; DOS 6.22 и CAMBASIC в ПЗУ; последовательные порты; параллельный порт; поддержка НГМД и EIDE НЖМД; интерфейс РС/104. Модель 6020 – микроконтроллер с 48 каналами ввода-вывода: 48 цифровых каналов ввода-вывода; процессор 386SX/25 МГц; память ОЗУ: 2 Мбайт; твердотельные диски; DOS 6.22 и CAMBASIC в ПЗУ; последовательные порты; поддержка сети по RS-485; параллельный порт. Модель 6030 – микроконтроллер с дополнительными последовательными портами: процессор 386SX/25 МГц; память ОЗУ: 2 Мбайт; твердотельные диски; DOS 6.22 и CAMBASIC в ПЗУ; последовательные порты СОМ1-СОМ4; поддержка сети по RS-485; параллельный порт. 46

Модель 6040 – микроконтроллер с АЦП и 24 каналами вводавывода: 8 каналов АЦП, 12 бит; 2 канала ЦАП, 12 бит; 24 цифровых канала ввода-вывода; процессор 386SX/25 МГц; память ОЗУ: 2 Мбайт; твердотельные диски; DOS 6.22 и CAMBASIC в ПЗУ; последовательные порты; поддержка сети по RS-485; параллельный порт. Модель 6050 – микроконтроллер с мощными выходами и 24 каналами ввода-вывода: 24 цифровых канала ввода-вывода; 8 мощных каналов вывода; процессор 386SX/25 МГц; память ОЗУ: 2 Мбайт; твердотельные диски; DOS 6.22 и CAMBASIC в ПЗУ; последовательные порты; поддержка сети по RS-485; параллельный порт. Серия 6000 – CAMBASIC V™ в ПЗУ CAMBASIC V – это версия для IBM РС широко используемого многозадачного промышленного BASIC фирмы Octagon. Он похож по синтаксису на QBASIC, но имеет специальные «промышленные» команды, которые делают программирование Ваших задач быстрым, легким и понятным. CAMBASIC V использует многозадачность по событиям для достижения наивысшей производительности. Он поддерживает 117 команд, совместимых с QuickBASIC, и дополнительно имеет 81 команду для обеспечения многозадачности, статистических и других расчетов. Микроконтроллеры серии 6000 работают в температурном диапазоне -40...+85°С, выдерживают удары до 10g и вибрацию до 2g. Все платы оборудованы сторожевым таймером. Модель 5664 – интеллектуальный цифровой и аналоговый интерфейс на 64 канала: 64 канала ввода-вывода; возможность подключения дискретных, частотных и аналоговых сигналов (термопары, термометры сопротивления, датчики с токовым сигналом) через модули нормализации сигналов SNAP I/O Opto-22; поканальная настройка на ввод или вывод; программирование режимов работы; диапазон рабочих температур от -40 до +85°С. Модель 5710-1 – высокоскоростной АЦП/ЦАП:12-разрядный АЦП; 16 входных каналов; 2 выходных канала; 70 000 отсчетов в секунду; 24 канала цифрового ввода-вывода; диапазон рабочих температур от -40 до +85°C. Модель 5610 – плата герконовых реле: 8 реле с нормально разомкнутыми контактами; переключение датчиков, аудио и т. д.; реле установлены на панельках; светодиоды индикации состояния; диапазон рабочих температур от -40 до +85°С; 6 реле SPDT; 6 реле SPST; индикаторы состояния контактов. Модель 5600-96 – цифровой интерфейс на 96 каналов: 96 каналов ввода-вывода; низкая стоимость канала ввода-вывода; каналы,

47

программируемые как вход или выход; совместимость с Opto 22; диапазон рабочих температур от -40 до +85°С. Модель 5700 – 13-разрядный АЦП/ЦАП: 16 входных каналов; 2 выходных канала; программируемый коэффициент усиления; автоматическая установка нуля и автокалибровка; 24 канала цифрового ввода-вывода; диапазон рабочих температур от -40 до +85°С. Модель 5624 – оптоизолированный цифровой ввод-вывод: 24 оптоизолированных канала ввода-вывода; 16 входов от 3 до 58 В; 8 выходов, 200 мА при 50 В постоянного или переменного тока; 500 В изоляция; фильтры от помех на входе; диапазон рабочих температур от 40 до +85°С. Модель 5720 – аналоговый и цифровой ввод-вывод: 8-разрядный АЦП; низкая стоимость; 90 000 отсчетов в секунду; источник опорного напряжения; 24 канала цифрового ввода-вывода; 8 каналов аналогового ввода; диапазон рабочих температур от -40 до +85°С. Модель 5750 – плата 8-канального ЦАП: 8-канальный аналоговый выход; 12 разрядов; ± 5, 0-5, 0-10 В; выходные токи 4-20 мА; высокая скорость; диапазон рабочих температур от -40 до +85°С. Модель 5648 – аналоговый/цифровой интерфейс: 48 каналов цифрового или аналогового ввода-вывода; до 16 каналов аналогового ввода-вывода; совместимость с Оpto 22 и Grayhill; работа с термопарами, RTD и т.д.; управление большими напряжениями и токами; диапазон рабочих температур от -40 до +85°С. Модель 5660 – интеллектуальный цифровой интерфейс на 48 каналов: 48 каналов ввода-вывода; поканальная настройка на ввод или вывод; совместимость с Opto 22; возможность генерации прерываний; программирование режимов работы; цифровой антидребезговый фильтр; диапазон рабочих температур от –40 до +85°С. Модель 5600-48 – цифровой интерфейс на 48 каналов: 48 каналов ввода-вывода; совместимость с 82С55; совместимость с Opto 22; каналы, программируемые как вход или выход; диапазон рабочих температур от 40 до +85°С; платы расширения. Модель 5560 – контроллер локальной сети Arcnet: интерфейс с витой парой или с коаксиальным кабелем; фильтры импульсных помех; скорость передачи данных 2,5 Мбит/с; диапазон рабочих температур от – 40 до +85°C. Модель 5554/5558 – высокопроизводительная плата последовательного Интерфейса с 4/18 портами: FIFO на каждом канале; совместимость с 16C550; RS-232 и RS-422/485; диапазон рабочих температур от -40 до +85°C. Модель 5500 – контроллер локальной сети Ethernet: интерфейс 10Base-T, витая пара; интерфейс 10Base-2, коаксиальный кабель; 48

поддержка IEEE 802.3/ANSI 8802-3; совместимость с Novell; диапазон рабочих температур от -40 до +85°С. Модель 5530 – плата интерфейса SCSI-2: совместимость со SCSI1 и SCSI-2; быстрая работа без тактов ожидания; улучшенное взаимодействие со SCSI; низкое энергопотребление; диапазон рабочих температур от –40 до +85°С. Модель 5540 – многофункциональная плата ввода/вывода: два последовательных порта; параллельный порт; 24 канала ввода-вывода; порты дисплея и матричной клавиатуры; диапазон рабочих температур от -40 до +85°C. Модель 5802 – контроллер НГМД и НЖМД: поддерживает два 1,44 Мбайт 3,5» НГМД; поддерживает два EIDE НЖМД, в том числе CDROM; один НЖМД 2,5» может монтироваться непосредственно на плату; диапазон рабочих температур от –20 до +70°С. Модель 5842 – двухпортовая плата PCMCIA: две карты типа I или II; одна карта типа III; совместимость с ExCA; совместимость с ATA; диапазон рабочих температур от -20 до +70°С. Модель 5300 – многофункциональный счетчик/таймер: шесть 16разрядных счетчиков/таймеров; 8 цифровых каналов ввода-вывода; программируемые делители частоты; оптоизолированные входы; диапазон рабочих температур от -40 до +85°С. Модель 5328 – плата управления движением: двойной сервоконтроллер; 32-разрядные регистры координат, скорости и ускорения; программируемый фильтр PID; 12-разрядный выход ЦАП; интерфейс квадратурного декодера; диапазон рабочих температур от -40 до +85°С. Модель 5445/Е – адаптер SVGA/Ethernet: поддержка CRTмониторов и плоских панелей; 1 Мбайт видеопамяти; сетевой интерфейс Ethernet 10Base-T; поддержка стандарта IEEE 802.3; диапазон рабочих температур от –40 до +85°С. Модель 5556 – факс/модем с расширенным диапазоном температур: соответствует FCC часть 68; поддержка протоколов Bell System 103/212A, V.21, V.22, V.22bis, V.23, V.32, V.32bis, V.34, V.34bis, V.90; СОМ 1-4; диапазон рабочих температур от –40 до +85°С.

49

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 ОБЪЕКТЫ УПРАВЛЕНИЯ Теплица Выращивание сельхозпродукции в тепличных условиях требует поддержания микроклимата в теплице, к основным параметрам которого относятся: • температура и влажность воздуха в теплице, температура и влажность почвы. • Числовые значения всех перечисленных выше параметров определяются типом выращиваемой культуры. В частности, для земляники, в зависимости от фазы, они могут иметь различные значения, что видно из представленной таблицы.

Таблица Числовые значения параметров ТП выращивания земляники Дни Температура воздуха, оС Влажность воздуха, % Температура почвы, оС

1 – 10

10 – 25

25 – 35

35 – 45 – …

5 – 12

12 – 18

18 – 22

22 – 25

18 – 22

22 – 25

65 – 80 5 – 12

12 – 18

Точность поддержания температуры должна составлять ±1оС, а влажности – ±3%. Температура воды для распыления с целью поддержания нужной влажности должна поддерживаться равной температуре воздуха в теплице, а температура в трубопроводе для обогрева теплицы – 75 оС. Кроме регулирования, система должна предусматривать контроль следующих параметров: температуры в трубопроводе прямой воды из котельной в трех контурах отопления (грунт, кровля, периметр), температуры в трубопроводе обратной воды в котельную по трем контурам отопления, контроль положения регулирующих клапанов, контроль включения циркуляционных насосов. Литература Автоматизированная система контроля технологических 1. параметров тепличного комбината. Журнал “Современные технологии автоматизации”, №4, 1997г. сайт - [email protected]. 2. Промышленное производство овощей в теплицах. – Под 3. ред. Ващенко С.Ф., Корданова М. – М.: Колос; София: Земиздат. 1977. 50

Смеситель 1 Устройство предназначено для получения раствора с заданной концентрацией при требуемом расходе этого раствора. Бак смесительной установки наполняется с помощью двух потоков, имеющих переменные мгновенные расходы F1(t) и F2(t). Входные потоки содержат растворимое вещество с концентрациями С1(t) и С2(t) соответственно. Выходной поток вытекает свободно из отверстия на дне резервуара. Предполагается, что содержимое бака перемешивается и выходной поток F0(t) обладает концентрацией C0(t). Численные значения параметров: F10= 0,015 м3/с; C1 = 1 кмоль/м3; F20=0,005 м3/с; С2=2 кмоль/м3; F0= 0,02 м3/с; C0=1,25 кмоль/м3; точность регулирования 1%. Возможный диапазон изменения параметров входных потоков ±10% от указанных значений. Более подробное описание процесса и его параметров см. в литературе Л.1, с. 40 – 43, 55 – 60. Л.2 является дополнительным источником. Литература. 1. Пузырев В.А. Управление ТП производства микроэлектронных приборов. М.: Радио и связь, 1984. с.40 – 43, 55 – 60, 77 – 79. 2. Квакернак Х., Сиван Р. Линейные оптимальные системы управления. М.: Мир, 1977. ЭНЕРГОБЛОК для ТЭС Турбогенератор вместе с котлом (парогенератором) образуют энергетический блок, который имеет пусковой режим – режим выхода на заданную мощность и регулирующий режим – режим регулирования частоты и мощности в условиях изменяющейся нагрузки. Управление количеством конечного продукта (электроэнергией) осуществляется изменением расхода пара через проточную часть турбины. Качество конечного продукта (частота и напряжение переменного тока) непрерывно контролируется. Исходя из условий работы, к энергоблокам предъявляются следующие режимные требования: диапазон изменения нагрузок при газомазутном топливе 30 – 100%; скорость изменения нагрузки в различных режимах от 0,7 до 4,0% в минуту. В контрольной работе предлагается рассмотреть энергоблок как объект управления в весьма упрощенном варианте, ибо, как следует из [1], контролируемых параметров на энергоблоке мощностью 220 МВт содержится порядка 1600, регулируемых – порядка 200.

51

ПАРОГЕНЕРАТОР Парогенератор служит для образования перегретого пара с регулируемыми значениями его давления и температуры. Температура перегретого пара регулируется в пароохладителе с помощью впрыска воды [1, 2], причем номинальное значение температуры перегретого пара в 540оС при допустимых изменениях от 460оС до 550оС должно Давление перегретого пара, поддерживаться с точностью 0,1оС. регулируемое расходом топлива, при начальном значении в 25 МПа для номинального режима составляет 40 МПа с точностью 0,05%. Помимо указанных параметров, должны поддерживаться в пределах допустимых отклонений уровень воды в барабане котла от начального значения в 2,5м до стабилизируемого в 3,5м±0,05% подачей питательной воды. Оптимальный избыток воздуха для обеспечения полного сгорания топлива обеспечивается путем изменения производительности дутьевых вентиляторов, нагнетающих воздух в топку. Значение коэффициента избытка воздуха оценивают по содержанию кислорода в газах, покидающих топочную камеру. Так, при сжигании мазута и газа величина этого коэффициента составляет от 0,2 до 2% с оптимальным значением 1,19±0,1%. Разрежение в топке (20 – 50 Па) должно поддерживаться на уровне 30 Па±2% путем изменения количества уходящих газов, отсасываемых дымососами. Среди контролируемых с точностью 0.1% параметров можно назвать расходы топлива (184 т/ч), питательной воды (420 т/ч), давления газа (0,5 – 3 кПа), давления воды (0,15 – 0,2 МПа). ПАРОВАЯ ТУРБИНА Одним из регулируемых параметров турбины является частота вращения её ротора (ωном=2500 об/мин при ωнач=1000 об/мин), которую необходимо стабилизировать при довольно широком диапазоне эксплуатационных нагрузок энергоблока, поскольку в противном случае будет сильно изменяться частота переменного тока, вырабатываемого генератором [2]. Частота вращения турбины зависит от степени открытия β,% клапана, который регулирует пропуск пара через турбину [1]. В частности, указанной частоте соответствует β = 25%. Компенсация влияния нагрузки осуществляется также изменением положения этого клапана, которое будет соответствовать уже 50-процентной степени открытия при нагрузке в 10 МВт. Точность регулирования должна лежать в пределах ±0,5%. В процессе регулирования осуществляется контроль ряда параметров с тем, чтобы предотвратить аварию. Например, частота вращения ротора турбины не должна превышать номинальное значение, продольное смещение оси ротора, контролируемое обычно индукционным

52

датчиком, не может быть больше 1,2 мм, а давление масла в системе смазки и охлаждения подшипников должно составлять 0,2 кГ/см2. ГЕНЕРАТОР ПЕРЕМЕННОГО ТОКА Завершающей частью энергоблока является генератор, расположенный на одном валу с турбиной и предназначенный для выработки электроэнергии частотой 50 Гц и напряжением Uл=380 В, Uр=220 В. Допустимый диапазон изменения выходного напряжения генератора составляет ±10%Uном. Охлаждение генератора воздушное, осуществляется с помощью укрепленных на валу ротора вентиляторов. Вал лежит на подшипниках скольжения, на которые подается масло для смазки давлением 0,5 – 1 кГ/см2. Напряжение на выходе генератора поддерживается с точностью ±0,5% Uном благодаря управлению током возбуждения генератора [3]. Для обеспечения безаварийной работы агрегата в процессе регулирования контролируются следующие параметры: величина выходного напряжения, абсолютное отклонение напряжения от номинального, мощность на выходе энергоблока, частота сети, температура и давление масла в подшипниках, температура генератора. Литература М.А. Автоматизированные системы управления 1. Дуэль энергоблоками с использованием средств вычислительной техники. М.: Энергоиздат, 1983. 2. Щегляев А.В., Смельницкий С.Г. Регулирование паровых турбин. М., Л.: госэнергоиздат, 1962. 3. Плетнев Г.П. Автоматизированное управление объектами тепловых электростанций: Учебн. пособие для вузов. М.: Энергоиздат, 1981. 4. Информационно-управляющая система парового котла. Журнал “Современные технологии автоматизации”, №4, 1997 ПРОЦЕСС СУШКИ Отходы (жом) в свеклосахарном производстве, предварительно прессованные до влажности 81 – 85%, сушат для длительного хранения и использования на корм скоту. Сушильные печи представляют собой топку с сушильным барабаном. Прессованный жом по шнековому транспортеру подается в барабан и с помощью вращающихся лопастей перемещается вдоль барабана к выходу. В качестве сушильного агента используются топочные газы. Прогоняемые вентиляторами, они отбирают влагу, высушивая жом

53

до нужной кондиции. Конечная влажность сухого жома должна составлять 8 – 10%. Допустимая влажность сухого жома не более 12%, требуемая точность ±2% влажности. Температура сушильного агента за топкой – 800±1оС (с начальным значением 700 оС), температура сушильного агента на выходе сушильного барабана – 180±1 оС (с начальным значением 160 оС). Литература. Курсовое и дипломное проектирование по автоматизации 1. производственных процессов: Учеб. пособие/ Под ред. И.К.Петрова. – М.: Высш. шк., 1986. Автоматизация технологических процессов пищевых 2. производств: Учеб. пособие/ Под ред. Е.Б. Карпина, М.,1977, 1985. СМЕСИТЕЛЬ 2 Смесительное устройство предназначено для получения воды требуемой температуры с заданным расходом для полива сельскохозяйственных культур, выращиваемых в теплице. В бак емкостью 30 м3, установленный во вспомогательном помещении теплицы, по 2-м трубопроводам заливается горячая вода от котельной температурой 70 – 75 оС и холодная вода из бытового водопровода температурой 12 – 15 оС. Температура смешанной воды и ее расход задается агрономическими требованиями выращиваемой культуры (см. таблицу при описании теплицы). Задача регулирования заключается в поддержании с точностью 1% заданных требований при возможных 10-и процентных изменениях давления и температуры в подводящих трубопроводах. Номинальное давление воды для бытовых нужд составляет 50 кПа. Литература. Пузырев В.А. Управление ТП производства микроэлектронных приборов. М.: Радио и связь, 1984. с.40 – 43, 55 – 60, 77 – 79.

54