Инженерная деятельность

Основные понятия и задачи автоматизации

В современной технике используется огромное число автоматических устройств и систем, предназначенных, однако, для решения лишь нескольких основных задач автоматизации: сигнализации, контроля, блокировки и защиты, пуска и останова, управления. В соответствии с этими задачами подразделяются и системы автоматики.

Системы автоматической сигнализации (САС) предназначены для извещения обслуживающего персонала о состоянии технологической установки или протекающего в ней технологического процесса.

Системы автоматического контроля (САК) осуществляют без участия человека контроль (т.е. измерение и сравнение с нормативными показателями)  различных величин, характеризующих работу технологического агрегата или протекающий в нем технологический процесс. В промышленном производстве часто используют системы централизованного контроля (СЦК), в которых вся технологическая информация собирается и обрабатывается на центральном пульте управления.

Системы автоматической блокировки и защиты служат для предотвращения возникновения аварийных ситуаций в агрегатах и устройствах.

Системы автоматического пуска и останова обеспечивают включение, переключение и отключение различных приводов и механизмов агрегата или технологической установки по заранее заданной программе.

Системы автоматического управления (САУ) предназначены для управления работой тех или иных технических устройств и агрегатов или протекающими в них технологическими процессами.

Важнейшими и наиболее сложными из перечисленных систем являются системы автоматического управления.

Управлением в широком смысле слова называется организация какого-либо процесса, обеспечивающего достижение поставленной цели.

Основной задачей любого процесса управления является выработка и реализация таких решений, которые при данных условиях обеспечивают наиболее эффективное достижение цели управления.

Целями управления технологическими процессами и агрегатами могут быть:

  •  поддержание постоянного значения некоторой физической величины с заданной точностью;
  •  изменение величины по определенной, заранее заданной программе;
  •  получение оптимального значения величины или некоторого обобщающего комплекса величин (максимальная производительность агрегата, минимальная стоимость продукта, минимальное время перехода объекта из одного состояния в другое) и т.д.

Если управление осуществляется непосредственно человеком, то такое управление называют ручным. Если же управление осуществляется без непосредственного участия человека, то такое управление называют автоматическим. Автоматическое управление производится с помощью автоматически действующих управляющих устройств. Объект управления и управляющее устройство составляют систему автоматического управления (САУ).

При наиболее простых целях управления (поддержание постоянного значения величины, изменение величины по заданной программе и др.) процесс управления называют регулированием. Объекты управления - объектами регулирования (ОР), управляющие устройства - автоматическими регуляторам, а системы автоматического управления - системами автоматического регулирования (САР).

Автоматическое регулирование – это одна из важнейших функций автоматического управления, без осуществления которой невозможна работа большинства систем управления. В сложных системах управления, особенно с использованием ЭВМ, управлением называют процесс выработки необходимого решения, а регулированием - его реализацию на объекте.

ВВЕДЕНИЕ

Современный этап развития инженерной деятельности характеризуется системным подходом к решению сложных научно-технических задач, обращением ко всему комплексу социальных гуманитарных, естественных и технических дисциплин. Однако был этап, который можно назвать классическим, когда инженерная деятельность существовала еще в "чистом" виде: сначала лишь как изобретательство, затем в ней выделились проектно-конструкторская деятельность и организация производства. Обособление проектирования и проникновение его в смежные области, связанные с решением сложных социотехнических проблем, привело к кризису традиционного инженерного мышления и развитию новых форм инженерной и проектной культуры, появлению новых системных и методологических ориентаций, к выходу на гуманитарные методы познания и освоение действительности.

Инженерная деятельность входит в некий развивающийся процесс, в котором принимают участие большое количество людей. Во всех этих случаях инженерная деятельность берет свое начало не только в деятельности отдельных людей, но подчас и рядом в совместном труде многих, т. е. в дифференцированном по специализированным функциям «трудовом сотрудничестве».

Не только цели и задачи процесса изобретения, но и сами технические решения при осуществлении изобретения принимаются большим коллективом инженеров - проектировщиков, конструкторов, технологов, дизайнеров. Более того, к творческому процессу инженеров подключается деятельность экономистов, психологов, экологов и других специалистов. Но еще больший коллективный характер деятельности всех этих участников изобретательского процесса проявляется при функционировании созданной техники. В процессе эксплуатации техники к деятельности инженеров подключаются участвующие в производстве рабочие.

Инженерная деятельность предполагает регулярное применение научных знаний (т.е. знаний, полученных в научной деятельности) для создания искусственных, технических систем - сооружений, устройств, механизмов, машин и т.п. В этом заключается ее отличие от технической деятельности, которая основывается более на опыте, практических навыках, догадке. Поэтому не следует отождествлять инженерную деятельность лишь с деятельностью инженеров, которые часто вынуждены выполнять техническую, а иногда и научную деятельность (если, например, имеющихся знаний недостаточно для создания какой-либо конкретной технической системы).

Возрастание специализации различных видов инженерной деятельности привело в последнее время к необходимости ее теоретического описания в целях обучения и передачи опыта и для осуществления автоматизации самого процесса в технических системах.

1 ИНЖЕНЕРНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ КАК ОСНОВА РАЗВИТИЯ СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ ЗНАНИЙ (1 блок)

Лекция 1

1.1 

Анализ инженерной деятельности в области автоматизации и управления

1.1.1

Существенное отличие развиваемой СТУ от классической кибернетики состоит в том, что эта теория базируется на информационно- физических взаимосодействиях в управляемых системах различной природы. При этом физическое (химическое, биологическое, экономическое и др.) начало выступает как одна из определяющих сущностей процессов управления, а сами эти процессы базируются на явлениях самоорганизации, возникающих в системах конкретной природы. Именно та или иная природа системы и вводимые законы синергетического управления и определяют в конечном итоге процессы самоорганизации, т.е. самоуправления в системах. Другими словами, в СТУ, в отличие от известной бинарной оппозиции физики и кибернетики, вещественно-энергетические и информационные взаимодействия естественным образом согласуются друг с другом, что выражается в форме соответствующих физических инвариантов и аттракторов - целей функционирования систем. При этом информационные взаимодействия отражаются в виде нового механизма генерации естественной совокупности нелинейных обратных связей и именно в этом проявляется кибернетическая сторона СТУ.

Лекция 2

1.2 Эволюция характера и содержания инженерной деятельности

1.2.1

Место инженерной деятельности в техносфере

1.2.2

Профессия инженера в исторической перспективе

1.2.3

Виды инженерной деятельности

Лекция 3

2 ОСНОВЫ ИНЖЕНЕРНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ В СФЕРЕ АВТОМАТИЗАЦИИ И УПРАВЛЕНИЯ

2.1

Основные объекты автоматического регулирования.

Лекция 4-6

2.2.

Общая характеристика изучаемой отрасли (систем управления)

Лекция 7

2.3

Понятия «автоматизация и управление» в производстве

2.4

Основные принципы автоматизации управления технологическим процессом

2.5

Современное состояние и потенциал развития производства

Лекция 8-10

3 ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА АВТОМАТИЗАЦИИ (2 блок)

3.1

Технологическое оборудование в сфере автоматизации и управления: классификация и основные требования

3.2

Технические средства современного производства

Лекция 11

3.3

Схемы автоматизации технологических процессов. Применение в АСУТП

  

Лекция 12

Применение технических средств автоматизации

.

Аппаратная реализация систем управления

1.

Средства измерения технологических параметров

2.

Устройства связи с объектом (УСО).

3.

Аппаратная и программная платформа контроллеров.

4.

Операционная система PC-контроллеров

5.

Средства технологического программирования контроллеров

Лекция 13

4 СОВРЕМЕННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВОМ

4.1

Классификация систем управления

Рисунок 4.3- Архитектура системы ЧПУ класса PCNC-2 фирмы BoschRexroth: ОС-операционная система; ОС РВ-операционная система реального времени

Система PCNC-3

Типичным представителем систем этого класса является система фирмы DeltaTau (Великобритания). Она относится к двухкомпьютерному варианту, но такому, при котором ЧПУ-компьютер выполнен в виде отдельной платы РМАС (Programmable Multi-Axes Controller), устанавливаемой на ISA (или РС1)-шине терминального персонального компьютера (рисунок 4.4). Терминальный компьютер с Windows NT операционной системой выполняет классические функции терминальной задачи и функции интерпретатора управляющих программ. Одноплатный ЧПУ-компьютер РМАС (процессор Motorola 56300) решает геометрическую и логическую задачи [2, 3], выполняя функции интерполятора, контроллера управления приводами (подачи и шпинделя), программно-реализованного контроллера электроавтоматики.

Интерполятор обеспечивает все виды интерполяции (включая сплай- новую), разгоны и торможения, опережающий просмотр кадров Look Ahead, циклическое формирование управляющих воздействий с периодом 440 мкс (в этом же периоде в фоновом режиме работает и контроллер электроавтоматики).

Контроллер приводов способен управлять 32 координатными осями, сгруппированными в 16 координатных систем; он принимает сигналы позиционных датчиков обратной связи, замыкает позиционные контуры, выполняет функции ПИД-регулятора, имитирует в цифровом виде сигналы обратной связи по скорости, вырабатывает (в цифровом виде) широтно-импульсный сигнал для приводов подачи и сигнал ±10В для привода главного движения. Программно-реализованный контроллер электроавтоматики поддерживает параллельное управление 64 циклами электроавтоматики.

Рисунок 4.4- Архитектура системы ЧПУ класса PCNC-3 фирмы DeltaTau: PWM - Pulse Width Modulation, щиротно-импулъспая модуляция; Lim (Limit) - ограничители; Home - нулевая точка

Выходные сигналы (для управления приводами и электроавтоматикой) поступают в кольцевой оптоволоконный канал (со скоростью передачи данных 125 Мбит/с) для дистанционного управления своими объектами. Принимающим устройством служит интеллектуальный периферийный терминал Масго-станция (Motion and Control Ring Optical). Допустимо включение в кольцо нескольких таких терминалов. Терминал замыкает скоростные контуры восьми приводов и принимает сигналы ограничителей рабочей зоны и датчиков нулевых точек координатных систем (в блоках ACS), формирует сигналы управления двигателями любого типа (асинхронными, постоянного тока и др.) с помощью блока Quad Amplifier (для управления четырьмя двигателями общей мощностью до 25 кВт). Другая функция периферийного терминала - управление электроавтоматикой через модули оптоизолированных входов-выходов.

Набор модулей фирмы DeltaTau (РМАС и Macro) ориентирован на построение собственных систем ЧПУ у конечных пользователей, на долю которых остается разработка терминальной задачи, и интерпретатора в среде промышленного персонального компьютера. Однако сами модули являются для конечного пользователя «черными ящиками» и их архитектура закрыта.

Лекция 15

Системы PCNC-4

Система ЧПУ фирмы Beckhoff (Германия) демонстрирует яркий пример чисто однокомьютерной архитектуры PCNC, в рамках которой все задачи управления (геометрическая, логическая, терминальная) решены чисто программным путем, без какой-либо дополнительной аппаратной поддержки (рисунок 4.5).

Рисунок 4.5- Архитектура системы ЧПУ класса PCNC-4 фирмы Beckhojf

Внешний интерфейс выстроен на базе любой стандартной (по выбору) периферийной шины Fieldbus, в частности на базе шины Lightbus фирмы Beckhoff. Эта шина выполнена в виде кольцевого канала для передачи сигналов управления автономными следящими приводами, а также сигналов электроавтоматики. Выход к объектам осуществляется с помощью периферийных терминалов ввода-вывода. Операционная среда представляет собой комбинацию Windows NT для поддержания процессов машинного времени и системы TwinCat (Total Windows Control and Automation Technology).

Операционная система TwinCat фирмы Beckhoff интегрирована в Windows NT, добавляет ей функции реального времени, не изменяя самой Windows NT. Перемещение данных и доступ к прикладным функциям API программных модулей осуществляется через программную шину ADS (Automation Device Specification).

Системный менеджер, являющийся подсистемой TwinCat, служит центром системной конфигурации, поддерживающим синхронное или асинхронное взаимодействие всех процессов, а также ввод-вывод сигналов управления. На прикладном уровне в потоках управления работают программные модули ЧПУ и программируемые контроллеры, имеющие клиентскую (для подготовки данных) и серверную (для работы в реальном времени) части. ЧПУ-клиент интерпретирует кадры управляющей программы в стандарте DIN 66025, а ЧПУ-сервер выполняет интерполяцию в группах приводов - по три координаты в группе. Группы формируются системным менеджером. Для безэквидистантных программ можно обойтись без интерпретации, которую заменяет компилятор клиента контроллера автоматики. Одновременно работают до четырех контроллеров (виртуальных процессоров, выполненных в стандарте IEC 1131-3), каждый из которых решает четыре задачи, имеющих свой приоритет и свое время цикла.

Система ЧПУ фирмы Power Automation (Германия) построена на основе промышленного персонального компьютера с PCI-шиной (рисунок 4.6), операционной системой Windows NT и ядром реального времени (собственной разработки). Операционная система Windows NT поддерживает работу интерфейса оператора, в том числе системы программирования ЧПУ и контроллера электроавтоматики, встроенную САМ-систему (опирающуюся на базы данных инструментов, материалов и технологических циклов), приложения конечного пользователя. Ядро реального времени синхронизирует задачи ЧПУ с электроавтоматикой, диспетчеризует работу интерпретатора, интерполятора и модуля управления следящими приводами. Одновременно могут работать до восьми каналов ЧПУ и два программно-реализованных контроллера электроавтоматики с разными приоритетами.

Система имеет открытую архитектуру, которая допускает расширение функций ядра ЧПУ за счет специальных функций пользователя (compile cycles - терминология Power Automation) (рисунок 4.7; см. также описание системы Siemens), и исключительно мощное сетевое окружение, как внешнее (Ethernet-TCP/IP, Novell), так и периферийное (восемь оптоволоконных SERCOS-колец для 64 следящих приводов, InterBus-S, Profibus DP, CAN-Bus, ASI-BUS). Кроме того, предусмотрены собственная периферийная SUPERBUS-шина для удаленных входов-выходов электроавтоматики, а также удаленные входы-для стандарта фирмы OMRON (Япония) на PCI-шине.

Фирма Siemens не раскрывает особенностей своей архитектуры, этом плане можно лишь строить догадки. Однако обращает на себя внимание механизм поддержания открытой архитектуры, который абсолютно идентичен такому же механизму фирмы Power Automation.

Рисунок 4.6- Архитектура системы ЧПУ класса PCNC-4 фирмы РВ-ядро реального времени

Рисунок 4.7- Схема расширения функций ядра ЧПУ в системе фирмы PowerAutomation: Ядро-модули ядра ЧПУ; Интер. -модули интерполяции;

Позиц. -модули связи со следящими приводами подачи;

Автом. -модулиуправления электроавтоматикой

В этой связи, по-видимому, можно предположить и идентичность архитектур Siemens и Power Automation.

При разработке новой модели системы ЧПУ фирма Siemens сделала акцент на открытую для конечного пользователя архитектуру со стороны как интерфейса оператора, так и ядра системы. Интерфейс оператора работает в операционной системе Windows NT, поэтому включение в интерфейс windows-приложений проблемы не составляет. Однако возможна и сравнительно глубокая реконфигурация интерфейса с помощью оригинальной инструментальной системы ProTooI.

Для расширения функций ядра предложена схема, в соответствии с которой в процессы ядра включены своеобразные точки останова «break

← Предыдущая
Страница 1
Следующая →

Файл

Лекции Инженерное дело.doc

Лекции Инженерное дело.doc
Размер: 915.5 Кб

.

Пожаловаться на материал

Современный этап развития инженерной деятельности характеризуется системным подходом к решению сложных научно-технических задач, обращением ко всему комплексу социальных гуманитарных, естественных и технических дисциплин.

У нас самая большая информационная база в рунете, поэтому Вы всегда можете найти походите запросы

Искать ещё по теме...

К данному материалу относятся разделы:

Анализ инженерной деятельности в области автоматизации и управления

Место инженерной деятельности в техносфере

Профессия инженера в исторической перспективе

Виды инженерной деятельности

Основные объекты автоматического регулирования.

Общая характеристика изучаемой отрасли (систем управления)

Понятия «автоматизация и управление» в производстве

Основные принципы автоматизации управления технологическим процессом

Современное состояние и потенциал развития производства

Технологическое оборудование в сфере автоматизации и управления: классификация и основные требования

Технические средства современного производства

Схемы автоматизации технологических процессов. Применение в АСУТП

Применение технических средств автоматизации

Средства измерения технологических параметров

Устройства связи с объектом (УСО).

Аппаратная и программная платформа контроллеров.

Операционная система PC-контроллеров

Средства технологического программирования контроллеров

Классификация систем управления

Похожие материалы:

Организационное проектирование. Концептуальные термины

Конституційне право України. Конституціоналізм

Конституційне право України - юридична наука и навчальна дисципліна. Методологія конституційної науки і практики. Конституційно-правові норми і інститути конституційного права України. Джерела конституційного права України. Конституція – Основний Закон держави і суспільства.

Экологическое нормирование!

Задача - минимизация антропогенного воздействия.

Індивідуальна робота з вищої математики

Коледжу економіки, права та інформаційних технологій ІФНТУНГ

Эксплуатация и ремонт электрооборудования

Курсовой проект. Выбор системы электропривода. Требования к электрическому освещения участка. Расчет электрического освещения (методом удельной мощности). Расчет мощности двигателя. Выбор схем управления двигателя и ее описание. Выбор элементов схем управления двигателя

Сохранить?

Пропустить...

Введите код

Ok