Структура и основные функции УВМ

Управляющие устройства могут быть построены на дискретных элементах или выполнены в виде УВМ. Будем считать, что управляющее устройство выполнено на дискретных элементах, если в нем функции управления реализуются без применения процессоров. И напротив, если основные логические и арифметические операции, необходимые для осуществления процесса управления, реализуются с помощью микропроцессорных конструкций, то такое управляющее устройство является УВМ. Коротко говоря, управляющая вычислительная машина (УВМ) – это управляющее устройство, построенное на базе микро-ЭВМ.

Управляющие устройства на дискретных элементах, такие как магнитные пускатели и аналоговые системы управления электроприводами, применяются в АСУТП на нижних уровнях управления, а на верхних уровнях применяются исключительно УВМ (см. рис.1.1). Тем не менее, многие важные функции УВМ, связанные с вводом, выводом, отображением, преобразованием информации, реализуются на дискретных элементах, не входящих в микропроцессорные комплекты, таких как клавиатура, дисплей, магнитные запоминающие диски и дискеты, аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи и пр.

Структура УВМ в составе АСУТП показана на рис.1.2. Конструктивно УВМ выполняется в виде пульта управления ПУ и процессорного (системного) блока ПБ. На рис. 1.2 показано, что УВМ управляет технологическим объектом ТО с параметрами Y посредством управляющих сигналов Х. Пульт управления ПУ является основой рабочего места оператора, осуществляющего контроль работы АСУТП. Через ПУ поступает исходная информация в виде управляющих программ (УП), считываемых с магнитных дисков и дискет внешнего запоминающего устройства (ВЗУ). С помощью клавиатуры ПУ оператор может составлять и корректировать управляющие программы и контролировать ход управляемого технологического процесса, а дисплей ПУ представляет оператору визуальную информацию о ходе процесса и о содержании УП. Наконец с помощью принтера производится распечатка отчетно-справочной информации о выполнении производственных заданий. Обмен информацией в УВМ осуществляется через стандартные устройства ввода-вывода УВВ, состоящие из параллельного и последовательного интерфейсов (портов), причем для связи внутри ПБ обычно используется параллельный интерфейс. Через последовательный интерфейс реализуется связь с отдаленными корреспондентами и, прежде всего, с ЦУВМ, если она есть.

Рис. 1.2. Структура УВМ в составе АСУТП

Информация, поступающая в ПБ с пульта управления или непосредственно от ЦУВМ через УВВ, запоминается в устройствах памяти (ЗУ), состоящих из постоянного (ПЗУ) и оперативного (ОЗУ) запоминающих устройств. В ПЗУ содержится операционная система УВМ, инструментальное программное обеспечение для создания УП, сами УП и общие сведения об управляемом технологическом объекте. В ОЗУ хранятся управляющие программы, находящиеся в работе, и текущая информация о ходе реализуемого технологического процесса, о состоянии технологического оборудования и самой УВМ. Основным устройством, осуществляющим переработку поступающей информации в УВМ и выдачу управляющих сигналов, является центральный процессор (ЦП), состоящий из арифметико-логического (АЛУ) и управляющего (УУ) устройств. АЛУ осуществляет арифметическую и логическую обработку информации с выработкой управляющих сигналов, а УУ определяет, какие арифметико-логические операции и в каком порядке должно реализовать АЛУ в соответствии с заданной программой. Специфическими устройствами, отличающими УВМ от обычных ЭВМ, являются устройства связи с ТО (УСО) и модули обработки технологической информации (МОТИ).

УСО – это модули прямой связи управления. Они преобразуют приходящие с процессора управляющие сигналы, чтобы согласовать их с входными цепями ТО, в то время как МОТИ преобразуют приходящие с ТО сигналы обратной связи (сигналы Y) о параметрах ТО. Если рассматриваемая на рис.1.2 УВМ является для данного ТО центральной, то она управляет входящими в состав ТО локальными УВМ. В таком случае и УСО, и МОТИ, показанные на рис.1.2, состоят из стандартных УВВ, объединяющих все УВМ данной АСУТП в информационную и управляющую локальную сеть. Если же рассматривать УВМ, показанную на рис.1.2, как локальную, то УСО должны обеспечивать согласование управляющих сигналов УВМ со входными цепями различных дискретных цифровых и непрерывных (аналоговых) управляющих устройств нижнего уровня управления, на котором обычно производится управление электроприводами (см.рис.1.1).

Основные функции модулей УСО в составе ЛУВМ таковы:

· усиление управляющих сигналов с соответствующим преобразованием их по уровню и по виду;

· преобразование кодов цифровых управляющих сигналов (параллельного кода в последовательный и др.);

· цифро-аналоговое преобразование сигналов перед подачей их на аналоговые управляющие устройства;

· потенциальное разделение цепей управления.

Что касается МОТИ, то в ЛУВМ они должны совершить обратное преобразование сигналов обратной связи, идущих от управляющих устройств нижнего уровня управления и от технологического оборудования, к виду, приемлемому для системы сигналов, циркулирующих в УВМ. МОТИ производят:

· согласование уровней дискретных сигналов обратной связи и УВМ;

· аналого-цифровое преобразование аналоговых сигналов обратной связи, поступающих от аналоговых управляющих устройств и исполнительных механизмов;

· преобразование кодов цифровых сигналов обратной связи (последовательного в параллельный и др.);

· потенциальное разделение цепей управления.

В качестве примеров преобразования выходных сигналов УВМ приведем преобразование дискретного управляющего сигнала уровня до 5 В и до 5 мА тока (но предназначенного для включения контактора переменного тока) в переменное напряжение 110 В с током до 2 А, а также преобразование цифрового сигнала, предназначенного для управления электроприводом, в стандартное задающее напряжение в пределах 0 – 10 В. Примером преобразования сигналов обратной связи может служить преобразование сигналов конечных выключателей, переключающих постоянное напряжение 24 В, в стандартный сигнал УВМ напряжением до 5 В. Таким же примером может быть счет импульсов датчиков перемещения, в результате которого величина перемещения фиксируется в УВМ в виде числа отсчитанных импульсов.

Устройства УСО и МОТИ выполняются в виде модульных конструкций, объединяющих в себе несколько каналов однотипных преобразователей, таких как преобразователи уровней, аналого-цифровые преобразователи и пр. При необходимости такие устройства строятся на базе микропроцессоров, как, например, модули управления сервоприводами.

Контрольные вопросы к главе 1

1. Каковы основные задачи, решаемые АСУТП? Дайте определение АСУТП.

2. Что такое целевая функция и какова ее роль в функционировании АСУТП?

3. Опишите реализацию основных функций АСУТП путем стабилизации параметров.

4. Опишите реализацию основных функций АСУТП путем программного управления.

5. Каковы особенности автоматической оптимизации техпроцесса в течение его реализации?

6. В чем состоит иерархический принцип управления?

7. Опишите типичную трехуровневую иерархическую структуру АСУТП.

8. Что такое УВМ? Дайте определение и опишите структуру УВМ в составе АСУТП.

9. Опишите основное назначение центрального процессора и запоминающих устройств в составе УВМ.

10. Что такое УСО? Опишите основные функции УСО и МОТИ в составе УВМ. Приведите примеры.