Мікропроцесорні засоби в системах керування

Мікропроцесорні засоби все частіше використовуються в системах керування, в тому числі і системах, що працюють в реальному часі. МП-системою реального часу називається система, що з’єднана з деяким зовнішнім об’єктом і яка обробляє інформацію, що надходить до неї про стан об’єкта, достатньо швидко для того, щоб результат обробки міг використовуватись для впливу на процес, що протікає в об’єкті. Звичайно до систем реального часу відносять системи, в яких реакція (відповідь) на інформацію, що надходить від об’єкту, – певні відповідні керуючі дії – складає долі секунди або кілька секунд.

Характерним прикладом системи реального часу є автоматизована або автоматична система управління технологічним процесом (АСУ ТП), зокрема МП–система керування системами автомобіля. Спрощена узагальнена схема АСУ ТП з керуючою мікропроцесорною системою (КМПС) в замкнутому контурі керування наведена на рис. 1.

Рис. 1. Структурна схема АСУ ТП з керуючим мікропроцесорним комплексом.

На вхід КМПК від відповідних датчиків (Д) (термопар, витратовимірювачів, вимірювачів товщини, вимірювачів частоти обертів та ін.) надходить виміряна інформація про поточні значення параметрів x ₁, x ₂, … x _n. Керуючий мікропроцесорний комплекс обробляє цю інформацію згідно з прийнятим алгоритмом, який реалізує деякий законом керування (алгоритмом управління), визначає керуючі впливи u ₁, u ₂,…, u _m, які необхідно прикласти до виконавчих механізмів (ВМ) для зміни регульованих параметрів y ₁, y ₂,…, y _m з тим, щоб керований процес протікав оптимально. Вимірювальні датчики, як правило, виробляють свої сигнали у вигляді напруги, струму або кута повороту (тобто у формі аналогового безперервного сигналу). Деякі вхідні сигнали (наприклад, сигнали кінцевих вимикачів, фотореле і ін.) мають форму аналогових дискретних сигналів (сигнали типу ТАК/НІ), званих інколи релейними сигналами. Керуючі впливи, що підводяться до ВМ – u ₁, u ₂,…, u _m повинні вироблятися в формі напруг або кутів повороту, тобто в аналоговій формі.

Мікропроцесорні системи оперують з цифровими величинами. Тому аналогові величини x ₁, x ₂, … x _n, що надходять на вхід, заздалегідь перетворюються в цифрову форму, а керуючі впливи u ₁, u ₂,…, u _m, що генеруються МП–системою перетворюються з цифрової форми в аналогову – у відповідні напруги або кути повороту.

Отже, КМПК повинен містити на вході перетворювач аналогових сигналів у цифрові (перетворювач аналогово-цифровий), а на виході – перетворювач цифрових величин в аналогові (перетворювач цифрово-аналоговий).

У системі, схема якої зображена на рис. 1, КМПК, впливаючи на ВМ, безпосередньо керує виробничим процесом. Такий режим роботи КМПК називається прямим цифровим керуванням. Однак для складних технологічних об’єктів, що містять декілька агрегатів, пов’язаних між собою через технологічний процес, система управління звичайно будується таким чином, що окремі параметри процесу регулюються відповідними автоматичними регуляторами, а КМПК, обробляючи вимірювальну інформацію, розраховує і встановлює оптимальні настройки цих регуляторів. При подібній побудові схеми управління підвищується надійність системи, оскільки її працездатність зберігається і при відмовах в роботі КМПК. У такій схемі КМПК може бути більш простим, оскільки знижуються вимоги до його швидкодії і інших характеристик. У той же час з’являється практична можливість реалізації більш ефективних алгоритмів оптимізації, що вимагають більшого обсягу обчислень.

Багато важливих задач управління виробничими процесами вирішуються при роботі КМПК в розімкненому контурі управління. За таким принципом побудовані системи числового програмного управління станками.

У режимі порадника КМПК обробляє вимірювальну інформацію, яка надходить з об’єкта що контролюється, визначає, які регулюючі дії потрібно здійснити для того, щоб виробничий процес протікав найкраще. Вироблена КМПК інформація служить рекомендацією оператору, що керує процесом. Робота КМПК в режимі порадника, як правило, передує включенню КМПК в замкнений контур управління.