Лекции по микропроцессорным системам управления в горной промышленности

Доступные файлы (1):

1765kb.

30.03.2014 10:32

n1.doc

1 2 3 4 5 6 7 8

Министерство образования Российской Федерации
Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В.Плеханова (технический университет)

Б.М.БОРИСОВ, В.Е.БОЛЬШАКОВ, Э.А.КАЛЬМ,

В.И.МАЛАРЕВ, Н.Н.УВАРОВ

МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ

СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

В ГОРНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Конспект лекций

Санкт-Петербург

2001

УДК 621(322)(075.80)
МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ В ГОРНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ: Конспект лекций / Б.М.Борисов, В.Е.Большаков, Э.А.Кальм, В.И.Маларев, Н.Н.Уваров. Санкт-Петербургский горный ин-т, СПб, 2001. 44 с.
В конспекте рассмотрены вопросы, связанные с методами обработки информации в устройствах управления и защиты, применяемых в горной промышленности, на базе микропроцессоров, организацией управления микропроцессорными системами, а также отмечены основные принципы аппаратно-программной реализации микропрограммных автоматов.

В приложениях даны описания и некоторые рекомендации по применению в учебном процессе программ для изучения основных логических элементов и узлов, структуры микропроцессоров, основных команд, последовательности их выполнения, приведен программный комплекс, с помощью которого можно наглядно изучать и создавать программы реализации алгоритмов управления дискретными процессами в горной автоматике.

Конспект лекций предназначен для студентов всех форм обучения специальности 180400 «Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов» при проведении теоретических и практических занятий по курсу «Микропроцессорные средства в электроприводах и технологических комплексах» и может быть использован студентами других специальностей для курсового и дипломного проектирования.
Табл.5. Ил.18. Библиогр.: 19 назв.
Научный редактор проф. Р.М.Проскуряков

Рецензент к.т.н. А.А.Сарвин (Северо-Западный заочный политехнический институт).

 Санкт-Петербургский горный

институт им. Г.В.Плеханова, 2001 г.

ВВЕДЕНИЕ

В последние годы в различных отраслях внедряют сравнительно дешевые, универсальные, малоэнергоемкие микропроцессорные средства. Как показывает практика, разработка и частично внедрение технических средств автоматики с применением микропроцессоров и микроЭВМ вполне реально и для угледобывающих предприятий [5]. Несмотря на различия в применяемых технических средствах, основные теоретические и практические подходы к созданию микропроцессорных автоматических систем в определенной степени универсальны.

В большинстве своем учебные пособия узко ориентированы (связь, радиоэлектроника и т.п.) [1, 4, 9, 10, 13], но могут быть рекомендованы для углубленного изучения рассматриваемых в предлагаемом пособии вопросов. Теоретические проблемы, в частности, касающиеся прикладной теории дискретных автоматов, изложены в работах [3, 15]. Большое внимание микропроцессорным системам управления уделяется при разработке систем автоматизированного электропривода [2, 7, 11, 18].

Предлагаемый конспект лекций, в основном, предназначен для студентов специальности 180400 при проведении теоретических и практических занятий по курсу «Микропроцессорные средства в электроприводах и технологических комплексах».

В приложениях даны описания и некоторые рекомендации по применению в учебном процессе программ для изучения основных логических элементов и узлов, структуры МП, основных команд, последовательности их выполнения, приведен программный комплекс, с помощью которого можно наглядно изучать и создавать программы реализации алгоритмов управления дискретными процессами в горной автоматике. Все программы составлены Н.Н.Уваровым [2].

1. Методы обработки информации

Все системы автоматического контроля (САК) и управления (САУ) построены на различных методах обработки информации.

Системы автоматического контроля содержат устройства получения информации (датчики), преобразования ее и представления в требуемом виде. САУ включают в себя САК, а также устройства задания, сравнения полученной (с помощью САК) информации, преобразования в управляющий сигнал.

Обработка аналоговой и цифровой (которая сводится к последовательности действий над числами) информации производится соответственно аналоговой либо цифровой аппаратурой.

В

аналоговой аппаратуре обработка информации заключается в преобразованиях между токами (I) или напряжениями (U) вида

U_L = LdI_L/dt; I_c = CdU_c/dt; U_z = ZI_z.

Затем следует обычно изменение масштаба U₂ = KU, а также нелинейные преобразования вида U₂ = f(U₁). При этом все элементы аналогового устройства в каждый момент времени активны, т.е. работают параллельно.

В показанном на рис.1, а простейшем аналоговом устройстве на выходе формируется величина U_c(t), являющаяся решением следующего дифференциального уравнения:

. (1)

На рис.1, б показан график функций U_c(t) при некоторой конкретной форме входного воздействия E(t): в данном случае это аналоговая, или непрерывная, форма представления информации.

При ближайшем рассмотрении на практике работу аналоговых САК и САУ по обработке информации можно представить как опрос и воздействие на объект последовательностью дискретных действий. Причем интервал дискретности Т бесконечно мал (Т стремится к нулю). В целом ряде случаев инерционность объектов и систем управления ими делает последнее требование (Т стремится к нулю) практически нецелесообразным.

Повышение Т в дискретном процессе увеличивает погрешность контроля и управления. В пределах же допустимой погрешности величина Т может быть больше нуля. Таким образом, от аналоговых систем можно перейти к дискретным.

При переводе аналогового сигнала в дискретный, иначе говоря, при квантовании по уровню и по времени, используют цифровые системы и устройства. В таких устройствах выполняется ряд логических и вычислительных операций по преобразованию информации или сигналов, представленных в различной форме: токовые, потенциометрические, частотные и т.п.

Возвращаясь к предыдущему примеру, представим информацию об U_c(t) в зависимости от E(t) в дискретной форме. Она появляется в дискретные моменты времени nТ, где Т – интервал, разбивающий ось времени. Зависимость между значениями функции выражаем не в дифференциальной форме, а в разностной. Здесь расчет каждого последующего значения U_c(nT + Т) выполняем, зная предыдущее U_c(nT) и E(nT):
U_c(nT + T) = K₁U_c(nT) + K₂E(nT). (2)
Алгоритмы расчетов, при которых по известному предыдущему значению вычисляется последующее, называют рекуррентными. Вычислительный процесс, выполняемый цифровыми устройствами, носит циклический характер. Операции умножения, деления, интегрирования, дифференцирования и другие заменены операциями сложения, сдвигов регистров и некоторыми другими.

Возможный алгоритм вычислений показан на рис.2. В блоке 1 формируется прием очередного значения E в регистр R₄ . Блок 2 формирует в регистре R₀ значение второго слагаемого выражения (2). Блок 3 – вычисление значения первого слагаемого этого выражения, блок 4 – прибавление его к содержимому регистра R₀. В регистре R₀ образуется вычисленное значение выходной величины U_c(nT + T), которое выдается блоком 5. В блоке 6 производится подготовка к повторению цикла для вычисления U_c(nT + 2T), необходимой замене в правой части выражения (2) U_c(nT) на U_c(nT + T), передача вычисленного значения U_c(nT + T) в регистр R₁, ранее хранивший U_c(nT). Далее происходит переход к блоку 1 и очередное повторение цикла.

Для записи выполняемых в блоках алгоритма действий использованы обозначения:

(R_i) – содержимое регистра R_i,

«» – знак засылки результата операции в соответствующий регистр.

Действия, т.е. вычисления, в цифровых устройствах, в отличие от аналоговых, производятся последовательно, что снижает быстродействие. При цифровом методе обработки возникает необходимость в большом количестве относительно сложных узлов, а также координирующем их работу устройстве.

Однако цифровые устройства, к которым относятся и микропроцессорные, по сравнению с аналоговыми, имеют и много преимуществ:

 возможность обеспечения любой требуемой точности обработки;

 высокую помехозащищенность;

 высокую стабильность характеристик обработки;

 возможность выполнения большего числа видов обработки.