Выбор способа реализации управляющего блока

Существующая система приготовления бетонной смеси

Существующая система включает в себя четыре питателя со своими транспортерами, которые поставляют компоненты смеси в приемный бункер, вес которого контролируется электромеханическими весами (Рис. 1). Компоненты смеси последовательно поступают в приемный бункер по транспортерам, движение которых прекращается при достижении в бункере заданного веса компонентов. Когда все компоненты смеси в заданных количествах загружены в бункер, выдается команда на открывание люка бункера – процесс подготовки смеси завершен.

Многие рецепты содержат менее четырех компонент – в этом случае работают не все питатели. Изредка встречаются рецепты, включающие более четырех компонент, однако вес дополнительных компонент весьма мал по сравнению с основными. Соответствующие «навески» готовятся «вручную» на отдельных весах за пределами рассматриваемого процесса.

Контроль за процессом приготовления смеси осуществляется с помощью блока управления, реализованного на релейно-контактных элементах. Значения навесок задается перемычками на наборном поле. Напряжение с выхода поворотного трансформатора на оси весов (оно пропорционально весу бункера) сравнивается с заданным (перемычками) и при совпадении выдается сигнал на останов соответствующего транспортера.

Существующий блок не отвечает современным требованиям как по надежности, так и по реализуемым функциональным возможностям, например, он не может реализовать переключение транспортера на пониженную скорость движения при достижении 90% заданного веса, хотя привод транспортера предусматривает две скорости движения. Весьма неудобно задавать значения весов компонент смеси.

Требования к разрабатываемой АСУ ТП

Исходные данные для разработки системы:

· 4 питателя;

· контроль навесок по каждому питателю отдельно;

· две скорости транспортеров;

· команда «Открыть люк»;

· команда «Закрыть люк»;

· сигнал «Люк открыт»;

· сигнал «Люк закрыт»;

· задание рецептов с клавиатуры;

· выбор рецептов из памяти;

· возможность связи с ПЭВМ верхнего уровня АСУ.

АСУ ТП должна обеспечить:

· возможность задания рецепта смеси путем назначения веса каждой из компонент (не более четырех) в диапазоне 0 – 999,9 кг;

· возможность выбора рецепта по номеру из списка готовых рецептов;

· возможность автоматического контроля веса компоненты смеси, поступающей в бункер по транспортеру питателя с точностью не более 1% (последовательно для всех работающих питателей);

· управление движением транспортеров питателей: при достижении 90% заданного веса транспортер переключается на пониженную скорость движения и выключается при достижении заданного веса;

· индикацию текущего состояния процесса;

· формирование управляющих сигналов «Открыть» и «Закрыть» на привод люка бункера.

Учитывая, что силовые элементы и датчики в системе уже существуют, в рамках настоящей разработки следует реализовать только управляющий блок, обеспечивающий:

· анализ состояния датчиков положения люка и текущего веса смеси;

· управление приводами транспортеров питателей и крышки люка;

· индикацию текущего состояния процесса приготовления смеси;

· ввод требуемых значений весов компонент смеси;

· выбор рецепта смеси из существующего списка рецептов;

· редактирование списка рецептов.

· возможность связи управляющего блока с ЦВМ верхнего уровня.

Выбор способа реализации управляющего блока

Очевидно, что в современных условиях подобное устройство целесообразно реализовать на микропроцессорных элементах (микроЭВМ). В настоящее время промышленностью выпускается широкий спектр разнообразных микроЭВМ, из которого всегда можно выбрать прибор с нужными параметрами.

При выборе микроЭВМ нужно оценить следующие характеристики управляемого процесса:

1) инерционность (требования к быстродействию);

2) требуемая точность измерений;

3) объем перерабатываемой и хранимой информации за цикл управления;

4) необходимость диалога с оператором и объем вводимой и выводимой информации.

Процесс подготовки резиновой смеси можно представить состоящим из двух этапов: 1 – задание рецепта (режим набора); 2 – взвешивание компонент.

(1) На первом этапе скорость процесса (ввод данных) определяется человеком, на втором – инерционностью довольно мощных систем электропривода и громоздких механических элементов. Можно сделать вывод, что к проектируемой системе управления не предъявляется высоких требований по быстродействию.

(2) Согласно ТЗ точность измерения веса должна быть не менее 1%, что позволяет использовать в системе 8-битовое представление данных и 8-разрядное аналого-цифровое преобразование. В этом случае цена единицы младшего разряда составит 2^-8 » 0,5%(0,39%)

(3) Процесс автоматической подготовки смеси по заданному рецепту определяется значениями весов четырех (не более) компонент, каждый из которых задается четырьмя десятичными цифрами (999,9 – max). Таким образом – объем информации одного рецепта в распакованном формате – 16 байт. В системе предполагается хранить до 99 рецептов смесей, объем информации рецепта в упакованном формате – 5 байт (4 байта – 4 значения навесок и четыре 2-битовых поля, определяющих точность задания навески – гранулярность). Таким образом, максимальный объем «книги рецептов» – около 0,5 Кбайт. Наконец, по предварительным оценкам объем программного обеспечения, реализующего анализ состояния датчиков и АЦП, управление приводами транспортеров и люка, обеспечение диалога с оператором, преобразование форматов данных и др. составит 2 .. 4 Кбайт.

(4) Средства ввода/вывода должны обеспечить возможность ввода четырех четырехразрядных десятичных чисел (с указанием положения запятой), индикацию введенных значений, отображение текущих значений веса компонент смеси, положение люка бункера. Кроме того, оператор должен иметь возможность задавать номер для выбора стандартного рецепта смеси и сохранять новые рецепты в памяти. Очевидно, для реализации описанного диалога достаточно иметь группу семисегментных индикаторов, цифровую и управляющую клавиатуру, и ряд двоичных индикаторов.

Индикация. Если индицировать веса компонент последовательно – достаточно будет одного четырехразрядного индикатора, если одновременно – то четырех четырехразрядных и одного двухразрядного (номер рецепта). Кроме того, следует отображать состояние люка и позицию активного в данный момент питателя. Для этого потребуется пять двоичных индикаторов (светодиодов).

Клавиатура включает 11 цифровых клавиш (десятичные цифры + запятая) и 5 .. 8 управляющих клавиш.

(5) Оценивая в целом характеристики управляемого процесса, можно сделать вывод о достаточности применения в разрабатываемой системе управления 8-разрядной однокристальной микроЭВМ с адресным пространством 64 Кбайт. Учитывая необходимость аналого-цифрового преобразования, целесообразно выбрать микроЭВМ со встроенным АЦП.

Для указанных целей хорошо подходит 8-разрядная микроЭВМ фирмы Motorola MC68HC11E9, аналогичная однокристальной микроЭВМ К1816ВЕ52 фирмы Intel.