Конюх В.Л. Компьютерная автоматизация производства

Подождите немного. Документ загружается.

подводят сжатый воздух. При подаче напряжения в обмотку золотник

перемещается вниз и воздух через нижнее отверстие поступает

в рабочую полость пневмопривода.

Электрогидрораспределитель представляет собой цилиндрический

корпус 1 с пятью отверстиями, внутри которого под действием элек-

тромагнитов 2 перемещается золотник, представляющий собой вал с

двумя цилиндрическими насадками (рис. 2.49).

2 2

Рис. 2.49. Устройство электрогидрораспределителя:

1 – корпус; 2 – обмотки электромагнитов; 3 – золотник

Напорная магистраль Н присоединена к среднему верхнему отвер-

стию, а сливная С – к двум крайним. Если ни в одну из обмоток не

подается напряжение, золотник находится в нейтральном положении

и рабочая жидкость не поступает ни в одну из полостей гидроци-

линдра. При подаче напряжения в левую обмотку золотник перемеща-

ется влево и жидкость из напорной магистрали подается в поршневую

полость. Штоковая полость при этом соединяется со сливной магист-

ралью. При подаче напряжения в правую обмотку золотник перемеща-

ется вправо, жидкость под давлением подается в штоковую полость, а

из поршневой через гидрораспределитель поступает в сливную маги-

страль.

Для управления непрерывными перемещениями элементов при-

меняют электрический сервопривод, электрогидравлический усили-

тель или следящий пневмопривод. В следящем пневмоприводе факти-

ческое положение штока пневмоцилиндра измеряют потенциометри-

ческим измерителем перемещений. Его выходное напряжение подают

в одну обмотку сопла струйного электропневмопреобразователя, а за-

данное напряжение – в другую. В зависимости от рассогласования за-

данного и фактического положений штока сопло поворачивается и на-

правляет струю воздуха в соответствующую полость пневмоцилиндра

до тех пор, пока рассогласование напряжений не снизится до нуля.

2.3. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ СИГНАЛОВ

Систему управления можно представить в виде устройства, на вхо-

ды I (Input) которого подаются аналоговые AI и дискретные DI сигна-

лы от датчиков, а с выхода О (Output) снимаются аналоговые АО и

дискретные DO команды управления объектом (рис. 2.50).

АO DO

AI DI

АЛГОРИТМ УПРАВЛЕНИЯ

Приводы

Переключатели

Измерители

перемещений и усилий

Датчики положения,

тактильные датчики

Input

Output

Рис. 2.50. Схема управлением объектом

Для подключения распределенных по оборудованию датчиков и

исполнительных устройств к быстродействующему микропроцессор-

ному устройству управления необходимы защита от дребезга контак-

тов на входе устройства, гальваническая развязка входных и выходных

сигналов, преобразование импульсов напряжения входных устройств в

форму внутренних сигналов микропроцессорного устройства, преобра-

зование выходных сигналов в напряжения управления исполнитель-

ными устройствами, аналого-циф-ровое (АЦП) и цифроаналоговое

(ЦАП) преобразования (рис. 2.51).

Датчик

Гальваническая

развязка

АЦП

Микро-

ЭВМ

Гальваническая

развязка

ЦАП

Исполнительное

устройство

Объект управления

Рис. 2.51. Сопряжение аналоговых датчиков и исполнительных

устройств с микроЭВМ

Дребезг контактов – это кратковременное отскакивание контактов

датчика друг от друга после их первого замыкания. Продолжитель-

ность отскакивания достаточна для перехода быстродейству-ющего

устройства управления, к которому подключен датчик, в не-

предусмотренное алгоритмом состояние. Для защиты от дребезга кон-

тактов вводят инерционные элементы на входе (а) или специальные под-

программы (б) в программе работы порта ввода (рис. 2.52).

Антидр

ебезг

Порт

ввода

МикроЭВМ

Датчик

Рис. 2.52. Защита от дребезга контактов датчика:

а – аппаратная; б – программная

Гальваническая развязка между датчиками и устройством управления

необходима для защиты микроЭВМ от бросков напряжения на входе,

например при попадании высокого напряжения в линию связи, а также

для исключения связи датчиков через устройство управления. В каче-

стве устройств гальванической развязки применяют оптическую пару,

реле, трансформатор или геркон, не имеющие электрического контак-

та между входом и выходом (рис. 2.53). Эти устройства часто допол-

няют индикаторами сигнала. Гальваническая развязка требуется также

для выходов микроЭВМ.

ПК

Рис. 2.53. Способы гальванической развязки на входе

программируемого контроллера:

а – оптическая пара; б – реле; в – магнитоуправляемый

контакт; г – трансформатор

Формирование искаженных линией связи сигналов от разнообраз-

ных датчиков в уровень внутреннего напряжения устройства управле-

ния осуществляют с помощью триггера (рис. 2.54). При напряжении на

входе выше заданного уровня триггер переходит в состояние «1», при

снижении – в состояние «0».

Триггер

5 В

Т1 Т2

0.6 В

Рис. 2.54. Преобразование произвольного сигнала датчика

в стандартный вид

Для защиты от импульсных помех в линии связи применяют инте-

гратор (рис. 2.55). При появлении импульсной помехи в интеграторе

происходят заряд и разряд конденсатора.

Интегратор

Рис. 2.55. Фильтрация импульсных помех в линии связи

микроЭВМ с датчиком

Особенно трудно ввести в цифровое устройство управления анало-

говые сигналы датчиков. Чтобы уменьшить стоимость входных уст-

ройств, применяют поочередную обработку сигналов нескольких дат-

чиков на одном входе устройства управления с помощью мультиплек-

сора, схемы выборки-запоминания, аналого-цифро-вого преобразовате-

ля и порта ввода-вывода (рис. 2.56).

Порт ввода-вывода управляет мультиплексором, поочередно под-

ключающим датчики к входу управляющего устройства, и схемой вы-

борки-запоминания, сохраняющей сигнал на время его преобразова-

ния в цифровую форму с помощью АЦП. Для исключения потерь ин-

формации при преобразовании аналогового сигнала датчика в цифро-

вую форму преобразование сигнала надо проводить как можно чаще,

но это потребует увеличения быстродействия АЦП. Поэтому частоту

выборки сигнала задают по правилу Котельникова: аналоговый сигнал

восстанавливается полностью, если частота выборки его значений

вдвое больше максимальной частоты в спектре сигнала. Цифровой

сигнал поступает в порт ввода-выво-да, который выводит его на шины

микропроцессора, а затем включает мультиплексор, схему выборки-

запоминания и АЦП для приема сигнала следующего датчика.

Преобразование

физических

величин

Преобразование быстрых аналоговых сигналов

Мультиплексор

Схема выборки-

запомин

ния

АЦП

Порт ввода-вывода

Микропроцессор

Шина данных

Шина адресов

Шина управления

Переключение

датч

ков

•

Усилитель

Рис. 2.56. Ввод аналоговых сигналов в микропроцессорное

устройство управления

Простой аналого-цифровой преобразователь параллельного типа

состоит из нескольких параллельно включенных компарато-

ров K

,…, K

, каждый из которых с помощью резисторов R

,…, R

на-

строен на определенный уровень входного напряжения U

вх

(рис. 2.57). Выходы компараторов соединены с входом шифратора,

преобразующего набор двухпозиционных состояний компараторов в

цифровой код выходного напряжения.

Цифроаналоговый преобразователь формирует аналоговое напря-

жение в зависимости от цифрового кода на входе. Он может быть реа-

лизован в виде усилителя У, вход которого соединен с делителями на-

пряжения, их число равно числу разрядов входного кода (рис. 2.58).

Шифратор

Код

вх

Рис. 2.57. Параллельный аналого-цифровой преобразователь

Входной

код

min

Рис. 2.58. Цифроаналоговый преобразователь

2.4. КАНАЛЫ СВЯЗИ

Линия связи устройства управления с объектом представляет собой

физическую среду, через которую передается информация.

К линиям связи относят витую пару проводов с пропускной способно-

стью до 1 Мбит в секунду, коаксиальный кабель (до 10 Мбит в секун-

ду), оптические волокна (более 150 Мбит в секунду) или атмосферу,

через которую передают радио- или инфракрасные сигналы. Каналом

передачи информации называют линию связи, к началу которой под-

ключен передатчик, а к концу – приемник сигналов. Передача инфор-

мации от датчиков осуществляется парал-лельным или последователь-

ным способом (рис. 2.59).

При параллельной передаче значение каждого разряда кода ин-

формации передается от передатчика А по отдельному проводу

к соответствующему разряду приемника В (рис. 2.59, а). Параллельный

интерфейс прост и надежен, но требует многопроводного соединения

передатчика с приемником. При последовательной передаче приемник

и передатчик соединяют одним проводом, который с помощью син-

хронных коммутаторов С

, С

подключают к одинаковым разрядам

передатчика А и приемника В (рис. 2.59, б).

Рис. 2.59. Схемы передачи информации от передатчика А

к приемнику В:

а – параллельная схема; б – последовательная схема

Последовательный интерфейс обеспечивает передачу информации

по одному проводу при обеспечении надежной синхронизации комму-

таторов.

Датчики рассредоточены на объекте автоматизации и связаны с

управляющим устройством через длинные линии связи, на которые

воздействуют помехи, искажая сигналы датчиков. Взаимные помехи

рядом расположенных объектов образуются за счет их емкостной или

индуктивной связи. В первом случае металлические корпуса двух сис-

тем, сообщающиеся через воздух, образуют конденсатор (рис. 2.60, а),

через который в линию связи проходят помехи переменного тока. Во

втором случае индуктивность источника образует электромагнитное

поле, изменяющее индуктивность приемника. Помехи проникают к

приемнику через такой трансформатор связи (рис. 2.60, б).

Помехи

Источник

Приемник Приемник Источник

Источник

а б

Рис. 2.60. Связь двух близкорасположенных объектов:

а – емкостная; б – индуктивная

Для подавления взаимных помех преобразователь (датчик) (П) и

вход устройства управления (УУ) соединяют коаксиальным кабелем

(К), представляющим собой провод внутри экранирующей оплетки

(рис. 2.61). Экран заземляют в одной точке, обычно на входе устрой-

ства управления.

УУ

Рис. 2.61. Соединение преобразователя и устройства

управления коаксиальным кабелем

Самым дешевым способом подавления помех является скручива-

ние пары проводов, идущих от преобразователя к устройству управле-

ния (рис. 2.62). В каждой точке пересечения проводов помехи взаимно

уничтожаются, что приводит к подавлению помех на входе устройства

управления.

УУ

Рис. 2.62. Соединение преобразователя и устройства

управления скрученными проводами

Кроме взаимных помех на линию связи воздействуют случайные

помехи. Они характеризуются отношением

, (2.4)

где V

– среднее напряжение сигнала; V

– среднее напряжение по-

мехи.

Если уровень помехи близок к сигналу датчика, то к выходу датчи-

ка подключают усилитель, соединенный с началом линии связи. Са-

мыми высокими пропускной способностью и помехоустойчивостью

обладает волоконно-оптическая линия связи. В ней электрические сиг-

налы преобразуются в оптические импульсы, которые передаются по

оптическому волокну, а затем преобразуются в электрические сигналы

(рис. 2.63).

Рис. 2.63. Схема волоконно-оптической линии связи:

1 – оптическое волокно; 2 – модулятор; 3 – преобразователь

«электричество-свет»; 4 – передатчик; 5 – преобразователь

«свет-электричество»; 6 – демодулятор; 7 – приемник