Проектування промислового контролера за рівнем води

а) б)

Рисунок 3.3 ? Струмовий вхід на основі одиночного (а) та диференційного (б) потенційного входу

промисловий контролер програмований

Вимірювальні резистори можуть бути прецизійними, тоді для отримання точних вимірювань досить відкалібрувати модуль тільки в режимі вводу напруги. При використанні резисторів низької точності їх похибку можна компенсувати шляхом калібрування модуля спільно з вимірювальним резистором, в режимі вимірювання струму. Однак для цього необхідно виконати калібрування кожного каналу окремо. Якщо модуль не дозволяє виконувати індивідуальне калібрування кожного каналу, то формулу для внесення поправок і її коефіцієнти можна зберегти в ОРС-сервері або флеш-пам'яті ПЛК.

При використанні діапазону струмів 0 ... 20 мА, струм перетворюється в напругу за формулою V₀ = R₀I_i, для діапазону 4 ... 20 мА ? за формулою V₀ = (20мА/16мА)R₀(I_i - 4мА) (рис. 3.4). При цьому струму 4 мА відповідає вихідний сигнал, що дорівнює нулю. Зміщення рівня нуля на 4 мА необхідне для забезпечення можливості діагностування обриву в ланцюзі датчика.



а) б)

Рисунок 3.4 ? Перетворення струму у вихідний сигнал для діапазону 0 ... 20 мА (а) і 4 ... 20 мА (б)

3.1.4 Введення дискретних сигналів

У системах автоматизації дуже поширені двійкові сигнали, які надходять від кінцевих вимикачів, датчиків охоронної або пожежної сигналізації, датчиків заповнення ємностей, датчиків збігання стрічки на конвеєрі, датчиків наближення і т. п. Такі сигнали не зовсім правильно називаються «дискретними», але цей термін міцно увійшов у практику.

Модулі вводу дискретних сигналів в промисловій автоматизації мають декілька різних типів входів:

- вхід типу «сухий контакт»;

- дискретний вхід для логічних сигналів у формі напруги;

- вхід дискретних сигналів 110 ... 220 В.

«Сухим» контактом в системах автоматизації називають джерело інформації, що не має вбудованого джерела енергії, наприклад, контакти реле або дискретні виходи типу «відритий колектор». Для передачі інформації про стан такого контакту необхідне зовнішнє джерело струму або напруги.

Структура модуля ввода дискретних сигналів представлена на рис. 3.5 [6]. Мікроконтролер модуля вводу виконує періодичне сканування входів або за запитом ПЛК. Мікроконтролер виконує також усунення ефекту «брязкоту» «сухих» контактів. Команди опитування входів, встановлення адреси, швидкості обміну, формату даних та інші посилаються в модуль через послідовний інтерфейс, зазвичай RS-232.



Рисунок 3.5 ? Структурна схема модуля вводу дискретних сигналів

Дискретні входи гальванічно розв'язані від іншої частини модуля вводу. Розв'язка виконується, як правило, за допомогою оптронів із двома випромінюючими діодами, увімкненим зустрічно. Це забезпечує можливість підключення до входів дискретних сигналів будь-якої полярності. Гальванічна ізоляція може бути поканальною або груповою. Частіше використовується групова ізоляція, оскільки при цьому майже вдвічі зменшується кількість вхідних клем модуля.

Конденсатор використовується у вхідних каскадах модулів (рис. 3.6, рис. 3.7) [2] для фільтрації високочастотних перешкод. Значення граничної частоти вибирається в результаті компромісу між швидкодією модуля і можливістю помилкового спрацьовування при впливі високочастотних перешкод. Типове значення граничної частоти і швидкості опитування входів лежить в районі 1 кГц. Для збільшення перешкодостійкості використовують також тригери Шмідта на виході сигналів оптронів.



Рисунок 3.6 ? Структурна схема вхідних каскадів каналів дискретного вводу

Рівень логічної одиниці дискретних сигналів становить зазвичай від 3 В до 30 В, рівень логічного нуля ? від 0 до 2 В. Для введення сигналів від джерел типу «сухий контакт» використовують джерело напруги, як показано на рис. 3.7 [2]. Аналогічно підключають дискретні виходи типу «відкритий колектор». Джерело може бути як вбудованим в модуль дискретного вводу, так і зовнішнім.

Рисунок 3.7 ? Структурна схема вхідних каскадів для джерел сигналу типу «сухий контакт»



Введення високої постійної напруги виконується за схемою рис. 3.6, проте для зниження потужності, що розсіюється на резисторі, який задається струмом, використовують оптрони з малим керуючим струмом і резистор з більшим опором і великою пробивною напругою.

Введення сигналів високої змінної напруги (220 В) здійснюється аналогічно до розглянутого вище (рис. 3.8) [2], однак замість резистора, який задається струмом для включення оптрона використовують конденсатор, щоб знизити активну потужність, що розсіюється. Резистор з опором 750 кОм на рис. 3.8 слугує для розрядження конденсатора при відключених входах, що є стандартною вимогою електробезпеки. Резистор опором 1 кОм обмежує кидок струму у момент комутації входу, призначення інших елементів ? таке ж, як в ланцюзі на рис. 3.6, рис. 3.7.

Рисунок 3.8 ? Структурна схема вхідних каскадів для вводу дискретних сигналів 220 В

Каскади для вводу високої напруги можуть бути з загальним проводом або незалежні.

Для відображення стану дискретних входів (включено / вимкнено) використовують світлодіоди, які включають або до оптрона, або після нього.

3.1.5 Вивід дискретних сигналів

Вивід дискретних сигналів використовується для управління станом включено / вимкнено виконавчих пристроїв. Пристрої виводу відрізняються великим різноманіттям. Знання структури вихідних каскадів необхідне для правильного їх застосування.

Вихідні каскади із стандартними ТТЛ або КМОН логічними рівнями в промисловій автоматизації використовуються рідко. Це пов'язано з тим, що навантаженням дискретних виходів є не логічні входи електронних пристроїв, а найчастіше електромеханічні реле, пускачі, крокові двигуни та ін. Дискретні виходи зазвичай будуються на основі потужних біполярних транзисторів з відкритим колектором або польових транзисторів (зазвичай МОН) з відкритим стоком (рис. 3.9) [2]. З точки зору схемотехніки застосування цих каскадів еквівалентно, тому ми будемо їх називати «каскади ВК». Каскади з ВК забезпечує більшу гнучкість, дозволяючи отримати необхідні для навантаження струм або напруги за допомогою зовнішнього джерела живлення. Крім того, каскад ВК за допомогою зовнішніх резисторів і джерел напруги дозволяє отримати стандартні КМОН або ТТЛ рівні (рис. 3.9).

Рисунок 3.9 ? Структурна схема вихідних каскадів типу ВК для виводу дискретних сигналів

Найкращим рішенням для побудови дискретних виходів є мікросхеми інтелектуальних ключів, які містять в собі не тільки потужний транзистор з відкритим стоком, але і ланцюги його захисту від перевантаження по струму, напрузі, короткого замикання, переполюсовки і перегріву, а також електростатичних розрядів. За умови перегріву вихідного каскаду або перевищення струму навантаження інтелектуальний ключ вимикається.

Найбільш широко поширені вихідні каскади ВК модулів виводу двох типів: для струму, що втікає (рис. 3.10) [5] і витікає (рис. 3.11) [5]. Різниця між ними полягає в тому, який вивід є загальним для декількох навантажень: заземлений або поєднаний із шиною живлення.

Каскади з відкритим колектором (стоком) зручні тим, що дозволяють використовувати зовнішнє джерело живлення з напругою, відмінною від напруги живлення модулів виводу (рис. 3.10, рис. 3.11). Крім того, в цих схемах замість джерела живлення Е_жив можна використовувати те ж джерело, що і для живлення модулів виведення (V_жив).

Рисунок 3.10 ? Структурна схема вихідних каскадів для струмів, що втікають

Рисунок 3.11 ? Структурна схема вихідних каскадів для струмів, що витікають



Для управління навантаженнями, що живляться великим струмом або від джерела напруги 110 ... 220 В використовують вихідні каскади з електромагнітними або твердотільними (напівпровідниковими) реле, тиристорами, симисторами.

3.2 Опис схеми електричної принципової

Схема електрична принципова розроблюваного макета наведена на рисунку 3.12.

На транзисторах VT1 - VT2 зібрані согласуючі блоки для підключення зовнішніх пристроїв, за допомогою яких буде здійснюватися функція дистанційного керування технологічним обладнанням.

Кнопки S1 - S3 використовуються для управління пристроєм і дозволяють виконувати функції переміщення вгору, вниз за пунктами меню, а також для вибору команд або скасування дії відповідно.

Мікроконтролер DD1 управляє роботою всього пристрою. Він отримує інформацію з датчиків через послідовний інтерфейс і приймає рішення про подальші дії.

Через послідовний інтерфейс RS-232, перетворювач якого виконаний на мікросхемі DD3, в промислову мережу передаються керуючі команди.

На мікросхемі DD2 виконаний перетворювач напруги з вхідного 12 В в напругу живлення елементів схеми - 5 В.

В якості індикатора HG1 використовується трьохразрядний семисегментний індикатор типу E30561-L-0-8-W.

Діоди VD1, VD2 і VD3 використовуються для індикації режимів роботи пристрою.



Рисунок 3.12 ? Принципова схема пристрою



4. РОЗРОБКА ПРОГРАМИ ДЛЯ МІКРОКОНТРОЛЕРА

4.1 Розробка алгоритму роботи пристрою

Розглянемо алгоритм перемикання режиму роботи контролера (рис. 4.1).

Рисунок 4.1 ? Алгоритм роботи програми для перемикання режиму роботи контролера

На рисунку 4.1 наведений приклад алгоритму для вирішення завдання ввімкнення або вимкнення режиму автоматичної / ручної роботи однією кнопкою (перше натискання ? ввімкнений режим автоматичної роботи контролера, а друге - вимкнений режим ручної роботи).

Нижче наведений фрагмент коду для реалізації відображення інформації при виміряному параметрі на трьохразрядному світлодіодному індикаторі.

void ViewDigit()

{

output_bit( PIN_B7, 0); //a

output_bit( PIN_B5, 0); //b

output_bit( PIN_B2, 0); //c

output_bit( PIN_B3, 0); //d

output_bit( PIN_B4, 0); //e

output_bit( PIN_B6, 0); //f

output_bit( PIN_B1, 0); //g

output_bit( PIN_A7, 0); //h

output_bit( PIN_A0, 0);

output_bit( PIN_A1, 0);

output_bit( PIN_A2, 0);

//d1

if (flag1 == 0){

output_bit( PIN_A0, 1);

output_bit( PIN_A1, 0);

output_bit( PIN_A2, 0);

display(d4);

output_bit( PIN_A7, 1); //h

}

//d2

if (flag1 == 1){

output_bit( PIN_A0, 0);

output_bit( PIN_A1, 1);

output_bit( PIN_A2, 0);

display(d3);

}

//d3

if (flag1 == 2){

output_bit( PIN_A0, 0);

output_bit( PIN_A1, 0);

output_bit( PIN_A2, 1);

display(d2);

}

flag1++;

if (flag1>2) flag1=0;

}

Кожен раз, коли необхідно вивести інформацію, проводиться послідовне зчитування даних з буфера зображення. При виведенні кожного символу вибирається відповідна лінія підключення світлодіодного індикатора шляхом установки логічної одиниці на відповідному виводі мікроконтролера і викликається функція display. В якості параметру їй передається код символу.

Нижче наведено фрагмент коду функції display.

void display(char dig)

{

if (dig == 0)

{

output_bit( PIN_B7, 1); //a

output_bit( PIN_B5, 1); //b

output_bit( PIN_B2, 1); //c

output_bit( PIN_B3, 1); //d

output_bit( PIN_B4, 1); //e

output_bit( PIN_B6, 1); //f

output_bit( PIN_B1, 0); //g

}

if (dig == 1)

{

output_bit( PIN_B7, 0); //a

output_bit( PIN_B5, 1); //b

output_bit( PIN_B2, 1); //c

output_bit( PIN_B3, 0); //d

output_bit( PIN_B4, 0); //e

output_bit( PIN_B6, 0); //f

output_bit( PIN_B1, 0); //g

}

*

*

*

if (dig == 9)

{

output_bit( PIN_B7, 1); //a

output_bit( PIN_B5, 1); //b

output_bit( PIN_B2, 1); //c

output_bit( PIN_B3, 1); //d

output_bit( PIN_B4, 0); //e

output_bit( PIN_B6, 1); //f

output_bit( PIN_B1, 1); //g

}

}

Нижче наведений код функції перетворення числа (відображуваного параметра) в набір символів, придатних для показу на індикаторі.

void decode(int16 inval)

{

int16 temp;

if (inval<10)

{

d3=0;

d2=0;

d1=inval;

}

else if (inval<100)

{

d3=0;

d2=inval/10;

d1=inval % 10;

}

else if (inval<1000)

{

d3=inval/100;

temp=inval%100;

d2=temp/10;

d1=temp % 10;

}

else

{

d3=0;

d2=0;

d1=0;

}

}

У даному прикладі показаний варіант відображення трьохразрядного числа.



4.2 Можливості обміну інформацією між контролерами і комп'ютером

Ініціалізацію обміну інформацією між контролерами виконує майстер-пристрій мережі ? комп'ютер. У мережі можливий зв'язок між будь-яким контролером і комп'ютером.

Комп'ютер може взаємодіяти з контролером на наступних рівнях:

- на рівні входів-виходів функціонального блоку;

- на рівні програмованих регістрів ? параметрів функціонального блоку.

Під час обміну інформацією з функціональним блоком вказується номер блоку, а під час обміну з програмованими регістрами ? номер регістра.

Комп'ютер відправляє контролеру запит або команду і отримує від контролера відповідь або підтвердження. Запит надсилається комп'ютером при необхідності отримати від контролера (функціонального блоку) будь-яку інформацію.

Отримавши запит, контролер готує необхідну інформацію і передає її до комп'ютера у вигляді відповіді. Команда надсилається комп'ютером при потребі змінити параметри налаштування блоку. Отримавши команду, контролер її виконує і передає комп'ютеру підтвердження.

Комп'ютер під час обміну інформацією з контролерами має ряд можливостей:

- запитати значення сигналу на будь-якому вході або виході будь-якого блоку в будь-якому контроллері;

- запитати значення будь-якого параметра налаштування будь-якого блоку в будь-якому контроллері;

- змінити значення будь-якого параметра будь-якого блоку в будь-якому контроллері;

- здійснювати пуск / стоп програмного задатчика;

- запитати наявність помилок у будь-якому контроллері.

При роботі з оперативними параметрами комп'ютер може запитувати і змінювати ті ж параметри, які спостерігає і змінює оператор, працюючи з лицьовою панеллю контролера.

Зв'язок комп'ютера з мережею контролерів організується на трьох рівнях: фізичному, інформаційному та транспортному.

Фізичний рівень призначений для електричного зв'язку між комп'ютером і контролерами. На фізичному рівні використовується інтерфейс RS-232.

Інформаційний рівень надає переданим повідомленнями певний формат переданого кадру: на передавальній стороні додає до повідомлень адресу пристрою, функціональний код операції і байти контрольної суми, а на приймальній стороні виділяє дані і контролює контрольну суму повідомлення. Сенс повідомлення на інформаційному рівні не розшифровується.

Транспортний рівень формує смисловий зміст повідомлення при передачі і розшифровує зміст цього повідомлення при прийомі.

Інтерфейс контролера призначений для програмування і конфігурування приладу, для використання в якості віддаленого контролера при роботі в сучасних мережах управління та збору інформації (прийому-передачі команд і даних), SCADA системах і т.п [14].

Протоколом зв'язку по інтерфейсу RS-232 є протокол MODBUS режим RTU (Remote Terminal Unit).

Для роботи необхідно налаштувати комунікаційні характеристики контролера таким чином, щоб вони збігалися з налаштуваннями обміну даними комп'ютера та інших контролерів. Характеристики мережевого обміну налаштовуються на відповідному рівні конфігурації.

При обміні по інтерфейсному каналу зв'язку, якщо відбувається передача даних від контролера в мережу, на лицьовій панелі контролера блимає індикатор IHT.

Кількість запитуваних регістрів не повинно перевищувати 16. Якщо в кадрі запиту замовлено більше 16 регістрів, контролер у відповіді обмежує їх кількість до перших 16-ти регістрів.

Для забезпечення мінімального часу реакції на запит від ЕОМ в контролері існує параметр - «Тайм-аут кадру запиту в системних тактах контролера 1 такт = 250 мкс».



5. РОЗРОБКА СИСТЕМИ КЕРУВАННЯ РІВНЕМ ВОДИ

5.1 Розробка системи керування рівнем води з одним проточним баком

Розглянемо типову систему керування рівнем води з одним проточним баком (рис 5.1).

Рисунок 5.1 - Фізична модель системи керування рівнем води

Проаналізуємо структурну схему для заданої системи (рис. 5.2).

Рисунок 5.2 - Структурна схема розімкненої системи

Передатна функція розімкненої системи представлена виразом (5.1).

(5.1)

Введемо зворотній зв'язок для керування рівнем води. Тоді структурна схема замкненої системи матиме вигляд, представлений на рис.5.3.



Рисунок 5.3 - Структурна схема замкненої системи

Передатну функцію замкненої системи знайдемо за формулою (5.2).

W_замк(S)= , (5.2)

де - передатна функція прямого ланцюга.

Підставивши у вираз 5.2 значення передатної функції прямого ланцюга отримуємо значення передатної функції замкненої системи (5.3).

W_замк(S)= . (5.3)

5.2 Стійкість автоматичної системи

5.2.1 Основні критерії для дослідження стійкості лінійної системи керування

На будь-яку автоматичну систему завжди впливають різні зовнішні дії, які можуть перешкоджати її нормальній роботі. Правильно спроектована система має стійко працювати при всіх зовнішніх діях. У найпростішому випадку під стійкістю системи автоматичного управління (САУ) розуміють властивість системи повертатися у стан рівноваги після зникнення зовнішніх сил, які вивели її з цього стану.

Безперервна лінійна САУ є стійкою якщо асимптотично стійкий будь-який заданий її рух. Незбурений рух задається зовнішнім впливом, що задається і за відсутності зовнішніх збурених впливів співпадає із вимушеним рухом, тому лінійна САУ стійка тоді, коли:

(5.4)

Це співвідношення прийнято за визначення стійкості лінійних безперервних систем.

Стійкйсть лінійних безперервних САУ залежить від характеристичного рівняння.

a₀ лⁿ + a₁ л^n-1 +…+ a_n = 0. (5.5)

Якщо , то характеристичний поліном системи співпадає з власним оператором системи (знаменник передатної функції). Характеристичний поліном замкненої системи з одиночним зворотнім зв'язком дорівнює сумі поліномів чисельника і знаменника передатної функції розімкненої системи.

Для стійкості систем 1-го та 2-го порядку необхідно і достатньо, щоб усі коефіцієнти характеристичного рівняння були одного знаку.

Критерій стійкості - це умови, які дозволяють за виглядом характеристичного рівняння або за виглядом частотних характеристик судити о стійкості системи, не вирішуючи диференціальних рівнянь.

Критерії стійкості бувають:

- алгебраїчні;

- частотні.

Алгебраїчними критеріями називають критерії, які засновані на перевірці певних співвідношень складених із коефіцієнтів характеристичного рівняння.

До алгебраїчних критеріїв відносять:

- критерій Гурвіца;

- критерій Льєнара-Шипара.

Частотні критерії стійкості - це критерії, які базуються на побудові частотних характеристик.

До частотних критеріїв відносяться:

- критерій Найквіста;

- критерій Михайлова;

- логарифмічний частотний критерій стійкості.

Оцінимо стійкість заданої системи за характеристичним рівнянням розімкненої системи, критерієм Гурвіца, кривою Михайлова та годографом Найквіста.

5.2.2 Оцінка стійкості розімкнутої системи за коренями характеристичного рівняння

Для того, щоб лінійна САУ була стійкою, необхідно, щоб усі корені її характеристичного рівняння були лівими, тобто мали негативні дійсні частини. Характеристичне рівняння розімкнутої системи буде дорівнювати знаменнику передавальної функції розімкнутої системи.

. (5.6)

За допомогою пакету прикладних програм MATLAB знайдемо корені характеристичного рівняння. Алгоритм роботи програми наведено нижче:

>> W=tf([1],[1 7 11])

Transfer function:

1

--------------

s^2 + 7 s + 11

>> pole(W)

ans =

-4.6180

-2.3820

Рисунок 5.4 - Фрагмент алгоритму знаходження коренів характеристичного рівняння

Отже, корені характеристичного рівняння дорівнюють л₁=-4,6180, л₂= -2,3820. Усі корені ліві, тому можна зробити висновок, що задана лінійна САУ є стійкою.

5.2.3 Оцінка стійкості замкнутої системи за допомогою критерію Гурвіца

З коефіцієнтів характеристичного рівняння (5.7) будуємо спочатку головний визначник Гурвіца:

, (5.7)

За наступним правилом: по головній діагоналі визначника зліва направо виписуються усі коефіцієнта характеристичного рівняння від а₁ до а_n в порядку збільшення індексів. Стовпці вгору від головної діагоналі доповнюють коефіцієнтами характеристичного рівняння з послідовно збільшуючимися індексами, а стовпці вниз - коефіцієнтами з послідовно зменшуючимися індексами. На місце коефіцієнтів з індексами більше n (n - порядок характеристичного рівняння) і менше нуля ставлять нулі. З головного критерію виділяють визначники Гурвіца меншого порядку.

Для заданої САУ характеристичне рівняння матиме вигляд:



D_зам (л) = л² + 7л +12 =0. (5.8)

Отже, для заданого характеристичного рівняння головний визначник Гурвіца матиме вигляд:

(5.9)

Вирахувавши значення визначника (5.9) отримуємо значення . Розрахуємо визначник нижчого порядку = а₁ = 7.

Критерій стійкості Гурвіца формулюється наступним чином: для того щоб система була стійкою, необхідно, щоб всі визначники Гурвіца, складені з коефіцієнтів характеристичного рівняння були більше нуля при а₀ >0.

У даному випадку >0, а тому робимо висновок, що система є стійкою.

5.2.4 Оцінка стійкості замкнутої системи за допомогою критерію стійкості Найквіста

Нехай передавальна функція розімкнутої системи представлена виразом:

. (5.10)

Підставивши у вираз (5.10) S=jw, отримуємо частотну передавальну функцію розімкнутої системи.

. (5.10)



Домноживши чисельник і знаменник передавальної функції розімкненої системи (5.10) на вираз (-w² - 7jw +10), виділяємо дійсну частину Re (w) і уявну частину - Im (w).

, (5.11)

. (5.12)

Якщо змінювати частоту w від до , то вектор W(iw) буде змінюватися за величиною і фазою. Криву, яку описує кінець цього вектора в комплексній площині, називають амплітудно-фазовою характеристикою замкнутої системи. Будуємо амплітудно-фазову характеристику W(iw) (рис. 5.5) Нехай l коренів характеристичного рівняння розімкнутої системи знаходяться в правій півплощині, а інші n-l коренів в лівій. Тоді для того, щоб замкнута система була стійкою, необхідно, щоб АФЧХ її розімкнутої системи із збільшенням частоти від 0 до охоплювала точку (-1; j0) в додатному напряму (проти часової стрілки) l/2 разів.

Характеристичне рівняння розімкнутої системи не має правих коренів, а тому l=0 і крива не повинна охоплювати точку (-1; j0).

Рисунок 5.5 ? Область стійкості замкненої системи, побудована за методом Найквіста



За отриманим годографом Найквіста (рис. 5.5) можемо зробити висновок, що задана замкнута САУ є стійкою.

5.2.5 Оцінка стійкості замкнутої системи за допомогою критерію стійкості Михайлова

Нехай дано характеристичне рівняння замкнутої системи (5.13).

D_зам (л) = л² + 7л +12 = 0. (5.13)

Ліву частину характеристичного рівняння називають характеристичним поліномом.

Якщо підставити в цей поліном уявне значення л =jw, то отримаємо комплексний поліном.

D_зам (jw)= - w² +7wi + 12=0. (5.14)

З виразу (5.14) ділимо дійсну частину Re (w) і уявну частину - Im (w).

Re(w) = - w²+12, (5.15)

Im(w)= 7wi. (5.16)

При зміні частоти w вектор D(iw), змінюючись за величиною і напрямом, буде описувати своїм кінцем в комплексній площині деяку криву, яка називається кривою (годографом) Михайлова.

Побудуємо криву Михайлова для заданої САУ (рис. 5.6).

Для того, щоб замкнена система була стійкою необхідно, щоб крива Михайлова, починаючись при а₀>0 з дійсної позитивної полуосі, при збільшені частоти від 0 до послідовно обходила n квадрантів в додатному напрямі, не потрапляючи в початок координат, де n - кількість коренів характеристичного рівняння. Характеристичне рівняння замкнутої системи має два корені, а тому крива Михайлова повинна охоплювати два квадранти.

Рисунок 5.6 ? Область стійкості замкненої системи побудована за критерієм Михайлова

За отриманим годографом Михайлова можемо зробити висновок, що система є стійкою.

5.3 Якість автоматичної системи

5.3.1 Основні критерії для дослідження якості лінійної системи керування

Якість системи в перехідному режимі - це властивість системи на початковому відрізку часу [t₀, t], де t₀ - момент прикладення на систему зовнішнього впливу.

Показники якості в перехідному режимі бувають:

- прямі:

1) час регулювання;

2) перерегулювання.

- непрямі:

1) корневі (ступінь стійкості, коливальність);

2) частотні (запас стійкості за амплітудою і за фазою);

3) інтегральні (інтегральні помилки).

5.3.2 Розрахунок прямих показників якості замкнутої системи

До прямих показників якості належать:

? t_рег - час регулювання;

? у - перерегулювання.

Час регулювання - це мінімальний час із закінченням якого відхилення вихідної величини від встановленого значення не перебільшує деякої заданої величини Д = (0,05ч0,1)h_?.

Перерегулювання - це максимальне відхилення перехідної характеристики від встановленого значення, виражене у відсотках

. (5.17)

де h_max - значення максимального відхилення перехідної характеристики;

h_? - значення перехідної характеристики в установленому режимі.

За допомогою пакету прикладних програм MATLAB будуємо перехідну характеристику замкнутої системи, визначаємо час регулювання та розраховуємо перерегулювання.(рис. 5.7).

Рисунок 5.7 - Перехідна характеристика заданої САУ



За графіком час регулювання t_рег = 1,72 с , а перерегулювання у = 0.

5.3.3 Розрахунок частотних показників якості замкнутої системи

До частотних показників якості відносять:

? ДL - запапас стійкості за амплітудою;

? Дц - запас стійкості за фазою.

Частотні показники якості показують схильність системи до коливань: чим менші запаси стійкості за амплітудою и фазою, тим повільніше затухатиме коливальний процес.

За допомогою пакету прикладних програм MATLAB будуємо ЛАЧХ і ЛФЧХ заданої замкнутої системи (рис. 5.8).

Рисунок 5.8 ? ЛАЧХ і ЛФЧХ заданої замкнутої системи

Для визначення запасу стійкості за амплітудою з точки, в якій ЛФЧХ має значення -180°, опускаємо перпендикуляр на ЛАЧХ і визначаємо значення запасу стійкості в точці перетину перпендикуляра та ЛАЧХ.

Для визначення запасу стійкості за фазою з точки, в якій ЛАЧХ має значення 0 дБ (щ_зр) опускаємо перпендикуляр на ЛФЧХ. Визначаємо значення точки перетину та віднімаємо від 180 отримане значення. Таким чином отримуємо запас стійкості за фазою.

За графіком запас стійкості за амплітудою ДL = 20,8 дб, а запас стійкості за фазою Дц = ?.



6. БЕЗПЕКА ЖИТТЯ ТА ДІЯЛЬНОСТІ ЛЮДИНИ

6.1 Системний підхід до охорони праці

Охорона праці являє собою комплексну наукову дисципліну, яка вивчає функціонування системи «людина - виробниче середовище» з метою оптимізації її за критерієм безпеки.

Під безпекою розуміють такий стан умов праці, при якому виключена можливість дії на людину шкідливих і небезпечних виробничих факторів.

Основним об'єктом охорони праці є робоче місце - простір, в якому може знаходитися людина при виконанні виробничо-технологічних функцій. Будь-який технологічний процес реалізується через систему робочих місць. Робоче місце - основна підсистема виробничого процесу.

Під умовами праці розуміють сукупність факторів виробничого середовища, які впливають на здоров'я і працездатність людини в процесі праці.

Дослідження умов середовища показали, що факторами виробничого середовища в процесі праці є:

- санітарно-гігієнічні умови, що визначають зовнішнє середовище в робочій зоні: мікроклімат, механічні коливання, випромінення, температура, освітлення тощо, як результат дії обладнання, сировини, матеріальних и технологічних процесів, які застосовуються;

- психофізіологічні елементи: робоча поза, фізичне навантаження, нервово-психологічне напруження і інші, які обумовленні самим процесом праці;

- естетичні елементи: оформлення виробничих приміщень, обладнання, робочі місця, інструменти тощо;

- соціально-психологічні елементи - складові характеристики психологічного клімату.



6.2 Охорона праці під час монтажу та налагодження радіоелектронного обладнання

6.2.1 Охорона праці під час монтажу радіоелектронного обладнання

Під час монтажу радіоелектронного обладнання застосовується справний електроінструмент (електродриль, електропаяльник), що працює за малої напруги. Під час роботи з електродриллю напругою 220 В використовуються діелектричні гумові рукавички. Під час монтажу радіосхем неприпустимі:

- перевірка на дотик наявності напруги і нагріву струмоведучих частин схеми;

- застосування для з'єднання блоків і приладів проводів з пошкодженою ізоляцією, виконання паяння та встановлення деталей в обладнання, що знаходиться під напругою;

- вимірювання напруг і струмів за допомогою переносних приладів з неізольованими проводами та щупами;

- заміна запобіжників у ввімкненому обладнанні;

- робота на високовольтних установках без електрозахисних засобів.

Механізація і автоматизація паяльних робіт методом занурення, виборче паяння і паяння хвилею припою (із застосуванням друкованого монтажу) повністю виключають зіткнення шкіри робітників зі свинцем і флюсами.

6.2.2 Охорона праці при налагодженні радіоелектронного обладнання

Налагодження малогабаритного радіоелектронного обладнання може проводиться наладчиком, який має достатню виробничу кваліфікацію і групу з техніки безпеки не нижче IV (при напрузі до 1000 В - не нижче III), у присутності другої особи, з групою із ТБ не нижче III.

Для налагодження малогабаритного радіоелектронного обладнання організується робоче місце: спеціально обладнаний робочий стіл (верстак) і вільна частина площі біля нього, призначена для розміщення налагоджуваного обладнання, контрольно-вимірювальної апаратури і знаходження самого наладчика. На кожному робочому місці одночасно налагоджується одна одиниця обладнання.

При налагодженні вставного блоку під напругою всі роботи на інших струмоведучих частинах припиняються, а струмоведучі частини захищаються. Одночасне налагодження під напругою декількох блоків забороняється. Виявлення та усунення дефектів у електросхемі і заміна деталей проводиться тільки після повного зняття напруги з радіоелектронного обладнання та перевірки відсутності залишкових зарядів за допомогою заземленого розрядника. Для вимірювання параметрів електричної схеми за допомогою контрольно-вимірювального устаткування дозволяється отримувати налагоджувальне радіоелектронне устаткування з корпусу, відкривати двері, знімати огородження (обшивку) у місцях підключення контрольно-вимірювального устаткування та замикати накоротко блокування. При цьому виконуються такі вимоги безпеки:

- всі підготовчі роботи, приєднання контрольно-вимірювального обладнання виконуються після зняття напруги та перевірки відсутності залишкових зарядів;

- перед подачею напруги металеві корпуси радіоелектронного обладнання і контрольно-вимірювального обладнання заземлюються. Якщо заземлення вносить спотворення, то робота проводиться без заземлення, але із застосуванням тимчасових огороджень, застережних плакатів і електрозахисних засобів;

- у процесі налагодження радіоелектронного обладнання з напругою до 1000 В допускається приєднання контрольно-вимірювального устаткування без зняття напруги. Вимірювання проводяться при знятому огородженні шляхом торкання точок схеми проводом, що йде від вимірювального приладу і закінчується штекерним наконечником з твердого ізоляційного матеріалу з металевим електродом довжиною не більше 1 - 2 см. Інший провід до початку вимірювань приєднується до корпусу налагоджуваного радіоелектронного обладнання. Регулювання підстроювальних елементів виконується за допомогою монтажних інструментів з ізолюючими ручками.

Після закінчення налагодження радіоелектронне обладнання переводиться в робочий стан, тобто знімаються закоротки з захисних блокувань, вводяться в дію механічні заземлювачі, ставляться на місце обшивки, прибираються загородження та екрани. Справність дії механічних блокувань і механічних заземлювачів перевіряється триразовим включенням радіоелектронного обладнання і відкриттям блокованих дверей або зняттям огорож.



ВИСНОВКИ

В процессі виконання випускної роботи бакалавра були розробленні основні конструторсько-технологічні рішення з проектування компоненту для учбового лабораторного макету «Промислова автоматика».

На основі функцій, які повинен виконувати розроблюваний компонент був вибраний оптимальний варіант структурної схеми. Архітектура контролера описує інформаційну організацію контролера і характеризує його як ланку системи управління.

Розроблюваний компонент виконує наступні функції:

- завантаження керуючої програми з ПК;

- індикація режимів роботи;

- управління режимами роботи;

- прийом інформації від промислового таймера, контролера температури, панелі оператора;

- передача інформації на верхній рівень системи управління технологічним процесом.

Частина архітектурних елементів структури реалізована апаратно, частина ? програмно. Все програмне забезпечення, яке формує архітектуру, зашито в постійному запам'ятовуючому пристрої і користувачеві недоступне. Незалежно від того, як реалізовані елементи архітектури ? апаратно або програмно ? користувач може представляти контролер як виріб, в якому всі елементи реально існують у вигляді окремих вузлів.



ПЕРЕЛІК ПОСЛАНЬ

1. Петров, И. В. Программируемые контроллеры. Стандартные языки и приемы прикладного проектирования [Текст] / Под ред. проф. В. П. Дьяконова. - М. : СОЛОН-Пресс, 2004 г. -- 266 с.

2. Белинский, В. Т. [Текст] / Практическое пособие по учебному конструированию РЭА. ? К. : Выща шк., 1992. ? 494 с.

3. Горобец, А. И. Справочник по конструированию радиоэлектронной аппаратуры [Текст] / А. И.Горобец, А. И.Степаненко, В. М.Коронкевич. ? К. : Технiка, 1985. ? 312с.

4. Павловский, В. В. Проектирование технологических процессов изготовления РЭА [Текст] : учеб. пособие для вузов / В. В Павловский, В. И Васильев, Т. Н. Гутман. ? М. : Радио и связь, 1982. ? 160 с.

5. Технология и автоматизация производства радиоэлектронной аппаратуры [Текст] : учеб. для вузов / И. П. Бушминский, О. Ш. Даутов, А. П. Достанко и др.; под ред. А. П. Достанко, Ш. М. Чабдарова. ? М. : Радио и связь, 1989. ? 624 с.

6. Сопряжение датчиков и устройств ввода данных с компьютерами IBM PC [Текст] / под ред. У. Томпкинса, Дж. Уэбстера.; пер. с англ. ? М. : Мир, 1992. ? 592с.

7. Нерода, В. Я Однокристальные микроЭВМ MCS-51. Архитектура [Текст] / В. Я. Нерода, В. Э. Торбинский, Е. Л. Шлыков. ? М:, 1995. - 324с.

8. Однокристальные микроЭВМ [Текст] : справочник. / М. : МИКАП, 1994. - 400 с.

9. Локотков, С. Интерфейсы последовательной передачи данных. Стандарты EIA RS-422A/RS-485 [Текст] / С. Локотков. - М. : 1997. - 226 с.

10. Аппаратура персональных компьютеров и её программирование. IBM PC/XT/AT и PS/2. [Текст] / М.: Радио и связь, 1995. ? 224с.

11. Яценков, В. С. Микроконтроллеры Microchip. Практическое руководство [Текст] / М. : Горячая линия -- Телеком, 2002. -- 296 с.

12. Предко, М. Справочник по PIC-микроконтроллерам [Текст] : пер. с англ. ? М. : ДМК Пресс, 2002; «Издательский дом «Додэка-XXI», 2002. -- 512 с.

13. Тавернье, К. PIC-микроконтроллеры. Практика применения [Текст] : пер. с фр. ? М. : ДМК Пресс, 2002. -- 272 с.

14. Ан, П. Сопряжение ПК с внешними устройствами [Текст] : пер. с англ. ? М. : ДМК Пресс, 2001. -- 320 с.

Размещено на Allbest.ru