страница 1страница 2страница 3страница 4
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Похожие работы
|
1 общая часть 1 Анализ процесса сбора информации в системах диспетчеризации на промышленном - страница №1/4
1 общая часть1 Анализ процесса сбора информации в системах диспетчеризации на промышленном предприятии1.1 Описание и структура системы диспетчеризацииСистема диспетчеризации – набор аппаратных и программных средств для централизованного контроля и управления инженерными системами. С увеличением количества оборудования на предприятии возникает необходимость иметь возможность контролировать его состояние и управлять им удаленно, с единого диспетчерского пульта и вести статистику состояния оборудования в течении времени его работы для выявления и прогнозирования отказов и неполадок. Системы управления, построенные по такому принципу, называют системой управления зданием или системой диспетчеризации. Общая структурная схема системы диспетчеризации показана на рисунке 1.1. Рисунок 1.1 – Общая структурная схема системы диспетчеризации Функциональные задачи системы диспетчеризации:
Главная причина, почему системы диспетчеризации оказываются все более востребованными в современных проектах автоматизации инженерного оборудования – использование таких систем позволяет получить экономию ресурсов сразу по нескольким направлениям:
На рисунке 1.2 приведена диаграмма процентного соотношения статей расходов применительно к предприятию без системы диспетчеризации. На рисунке 1.3 приведена диаграмма процентного соотношения статей расходов применительно к предприятию с установленной системой диспетчеризации. Расход на оснащение системы автоматики средствами диспетчеризации многократно окупаются за время эксплуатации объекта через предотвращенные аварии, продление срока службы оборудования, снижения затрат на обслуживающий персонал и материалы. Рисунок 1.2 – Диаграмма процентного соотношения статей расходов применительно к предприятию без системы диспетчеризации. Рисунок 1.3 – Диаграмма процентного соотношения статей расходов применительно к предприятию с установленной системой диспетчеризации Одним из ключевых элементов системы диспетчеризации является контроллер, обеспечивающий сбор информации с первичных преобразователей, доступ к этой информации для модулей верхнего уровня и управление подключенными устройствами. На текущий момент на рынке представлено множество подобных устройств. Примеры таких устройств приведены на рисунке 1.4. Рисунок 1.4 – Контроллеры системы диспетчеризации различных производителей Первичные преобразователи (датчики) располагаются в области, параметры которой необходимо контролировать. Сам же контроллер обычно располагается в шкафу автоматики, т.е. для подключения датчиков к контроллеру необходимо прокладывать отдельные линии связи для каждого датчика, что накладывает некоторые ограничения. Примеры шкафов автоматики приведены на рисунке 1.5. Рисунок 1.5 – Примеры щитов автоматики 1.2 Формализация бизнес-процесса «Контроль температуры жидкой стали в установках непрерывного литья»Определение границ бизнес-процесса позволяет определить внешний интерфейс автоматизированной системы и определить внешние и внутренние информационные потоки. Опишем границы бизнес-процесса «Контроль температуры жидкой стали в установках непрерывного литья». Контроль технологических операций по замеру температуры жидкой стали возлагается на сменного мастера ДСП, сталевара и контролера ОККП. Результаты замеров температуры жидкой стали фиксируются в паспорте плавки контролером ОККП. Сталевар смотрит график замера и сообщает контролѐру ОККП о достоверности замера. Данные по замерам заносятся в паспорт плавки и технологический компьютер. На основании всего вышеперечисленного заполним таблицы, описывающие границы бизнес-процесса «Контроль температуры жидкой стали в установках непрерывного литья» при помощи спецификаций входов и выходов системы, а так же условий начала и завершения этого бизнес-процесса. Выходы бизнес-процесса представлены в таблице 1.1, а входы – в таблице 1.2. Таблица 1.1 – Выходы и потребители бизнес-процесса «Контроль температуры жидкой стали в установках непрерывного литья»
Таблица 1.2 – Входы и поставщики бизнес-процесса «Контроль температуры жидкой стали в установках непрерывного литья»
Для более точного выявления границ анализируемого бизнес-процесса определим события, которые инициируют начало и завершение бизнес-процесса. Эти события приведены в таблице 1.3 Таблица 1.3 – Условия начала и завершения бизнес-процесса «Контроль температуры жидкой стали в установках непрерывного литья»
Продолжение таблицы 1.3
В таблице 1.4 представлены показатели качества для контроля и управления бизнес-процессом «Контроль температуры жидкой стали в установках непрерывного литья» Таблица 1.4 – Показатели качества для контроля и управления бизнес-процессом «Контроль температуры жидкой стали в установках непрерывного литья»
Продолжение таблицы 1.4
1.3 Анализ принципов работы и устройства информационно-измерительных систем1.3.1Понятие информационно-измерительной системыИИС(Информационные измерительные системы) - совокупность функционально объединённых измерительных, вычислительных, и др. вспомогательных технических средств для получения измерительной информации, её преобразования, обработки с целью представления потребителю (в том числе ввода в АСУ) в требуемом виде, либо автоматического осуществления логических функций измерения, контроля, диагностирования, идентификации. Состав и структура конкретной ИИС определяются общими техническими требованиями, установленными ГОСТами и частными требованиями, содержащимися в ТЗ на её создание. Информационные системы должны управлять измерительным процессом или экспериментом в соответствии с принятым критерием функционирования, выполнять возложенные на неё функции в соответствии с назначением и целью, обладать требуемыми показателями и характеристиками, быть приспособленной к функционированию с др. системой, допускать возможность дальнейшей модернизации и т.д. Процессом функционирования ИИС является преобразование входной информации в выходную. 1.3.2Классификация ИИСВ зависимости от выполняемых функций ИИС реализуются в виде измерительных систем (ИС), систем автоматического контроля, технической диагностики и др. В свою очередь в зависимости от назначения измерительные системы разделяют на измерительные информационные, измерительные контролирующие, измерительные управляющие системы и др. 1.3.3Понятие измерительной системыИзмерительная система (ИС) — совокупность определенным образом соединенных между собой линиями связи средств измерений (измерительных преобразователей, мер, измерительных коммутаторов, измерительных приборов) и других технических устройств (компонентов измерительной системы), образующих измерительные каналы, реализующая процесс измерений и обеспечивающая автоматическое (автоматизированное) получение результатов измерений (выражаемых числом или кодом) в общем случае изменяющихся во времени и распределенных в пространстве величин, характеризующих определенные свойства (состояние) объекта измерений. Измерительные системы обладают основными признаками средств измерений и являются их специфической разновидностью. Основными областями применения собственно измерительных систем являются научные исследования, испытания различных объектов, учетные операции, и др. Наиболее крупной структурной единицей, для которой могут нормироваться метрологические характеристики (MX), является измерительный канал (ИК) ИС. 1.3.4Основные измерительные средства ИИСОсновными измерительными средствами ИИС являются датчики. Датчики (первичные преобразователи) - основные средства измерений, преобразующие измерительную или контролируемую физическую величину (давление, усилие и т.д.) в выходной, обычно электрический сигнал, предназначенный для дальнейшей регистрации, обработки и передачи к исполнительному механизму. Классификация датчиков По назначению:
По принципу действия:
По способу преобразования неэлектрических величин в электрические:
В генераторных датчиках энергия входящего сигнала преобразуется (без участия вспомогательных источников энергии) в энергию выходящего сигнала (ток, напряжение, эл. разряд). При этом схема включения параметрических датчиков всегда имеет внешний источник питания. По конструкции и принципу действия чувствительного элемента датчика: - контактные; - бесконтактные. При этом в контактных датчиках чувствительный элемент взаимодействует непосредственно с контролируемым объектом, а в бесконтактных это взаимодействие отсутствует (фотодатчики, ультразвуковые и т.д.). 1.3.5Понятие измерительного каналаИзмерительным каналом ИС называют конструктивно или функционально выделяемую часть ИС, выполняющую законченную функцию от восприятия измеряемой величины до получения результата ее измерений, выражаемого числом или соответствующим ему кодом, или до получения аналогового сигнала, один из параметров которого — функция измеряемой величины. Он представляет собой последовательное соединение средств измерения (СИ), образующих ИС (некоторые из этих СИ сами могут быть многоканальными, в этом случае следует говорить о последовательном соединении ИК указанных СИ). Такое соединение СИ, предусмотренное алгоритмом функционирования, выполняет законченную функцию от восприятия измеряемой величины до индикации или регистрации результата измерений включительно, или преобразование его в сигнал, удобный для дальнейшего использования вне ИС, для ввода в цифровое или аналоговое вычислительное устройство, входящее в состав ИС, для совместного преобразования с другими величинами, для воздействия на исполнительные механизмы. Типовая структура ИК включает в себя первичный измерительный преобразователь, связующий компонент измерительной системы (Техническое устройство или часть окружающей среды, предназначенное или используемое для передачи с минимально возможными искажениями сигналов, несущих информацию об измеряемой величине от одного компонента ИС к другому (проводная линия связи, радиоканал, телефонная линия связи, высоковольтная линия электропередачи с соответствующей каналообразующей аппаратурой, а также переходные устройства — клеммные колодки, кабельные разъемы и т. п.)), промежуточный (унифицирующий) измерительный преобразователь, аналого-цифровой преобразователь, процессор, цифро-аналоговый преобразователь. Различают простые ИК, реализующие прямые измерения какой-либо величины, и сложные ИК, реализующие косвенные, совокупные или совместные измерения, начальная часть которых разделяется на несколько простых ИК, например, при измерениях мощности в электрических сетях начальная часть ИК состоит из простых каналов измерений напряжения и тока. Учитывая многоканальность систем, использование одних и тех же устройств в составе различных ИК, последние можно выделить зачастую только функционально и их конфигурация реализуется программным путем. Протяженность ИК может составлять от десятков метров до нескольких сотен километров. Число ИК — от нескольких десятков до нескольких тысяч. Информация от датчиков передается обычно электрическими сигналами (реже — пневматическими) — ток, напряжение, частота следования импульсов. В некоторых областях измерений современные датчики имеют цифровой выход. При большой протяженности ИК используются радиосигналы. Вторичную часть ИС после линий связи, соединяющих ее с датчиками, обычно называют измерительно-вычислительным комплексом (ИВК), или программно-техническим (ПТК) комплексом. 1.3.6Измерительно-вычислительный комплекс (ИВК)ИВК представляет собой комплексный компонент измерительной системы в виде конструктивно объединенной или территориально локализованной совокупности компонентов, завершающий, как правило, измерительные преобразования, вычислительные и логические операции, предусмотренные процессом измерений и алгоритмами обработки результатов измерений в иных целях, а также выработки выходных сигналов системы. Значительная часть современных ИВК (ПТК) строится на базе контроллеров, как правило, модульного исполнения, включающих в себя аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи, процессор, модули дискретной (бинарной) информации (входные и выходные), вспомогательные устройства. Промышленность выпускает достаточно универсальные контроллеры, ИВК (ПТК), которые могут использоваться для автоматизации работы различных объектов. Состав, конфигурация, программное обеспечение таких комплексов конкретизируется с учетом специфики объекта. Выделение ИС в отдельный вид СИ обусловлено рядом их особенностей, порождающих специфику их метрологического обеспечения. К числу таких особенностей можно отнести:
Особенности ИС делают особенно актуальной для них проблему расчета MX ИК ИС по MX образующих их компонентов. Метод расчета MX ИК ИС существенно зависит от того, относятся ли образующие его СИ к линейным устройствам. Методы расчета нелинейных систем зависят от вида нелинейности, возможности расчленения СИ на линейную инерционную и нелинейную без инерционную часть, и от других обстоятельств и отличаются большим разнообразием. При расчете MX ИК ИС можно выделить следующие, наиболее характерные этапы:
Для расчета характеристик случайной составляющей погрешности ИК, являющейся случайной функцией времени, в общем случае, необходимо располагать данными о спектральном составе погрешностей СИ, образующих ИК, и о динамический, характеристиках этих СИ, чтобы учесть эффект фильтрации случайных погрешностей за счет инерционности компонентов ИК. Если пренебречь эффектом фильтрации, то общее отношение между погрешностью ИК и погрешностями образующих его компонентов может быть представлено в виде: . Где: σmc — среднее квадратическое отклонение погрешности ИК (все погрешности приведены к выходу); σi — среднее квадратическое отклонение погрешности i -го элемента; σm — среднее квадратическое отклонение погрешности т -го элемента; Ki — номинальный коэффициент преобразования j -го компонента ИК; т — общее количество последователь»: соединенных компонентов, образующих ИК. Поверка ИК ИС, как правило, осуществляется покомпонентно. 1.3.7Математическое обеспечение информационно-измерительной системыМатематическим обеспечением информационно-измерительной системы является математическая модель и вычислительные алгоритмы. Математическая модель объекта измерений включает описание взаимодействия между переменными входа и выхода для установившегося и переходного состояния, т.е. модели статики и динамики, граничные условия и допустимое измерение переменных процессов. Если переменные объекты изменяются только во времени, то модели, описывающие свойства таких объектов, называются моделями с сосредоточенными параметрами. Если переменные объекты изменяются как во времени, так и в пространстве, то они называются моделями с распределёнными параметрами. Различают три основных метода получения математических моделей объектов исследования: Аналитический. Экспериментальный. Экспериментально-аналитический. В последние годы при создании ИИС широко используется математическое моделирование, реализующее цепочку «объект» - «модель» - «вычислительный алгоритм» - «программа на ЭВМ» - «анализ результатов расчёта» - «управление объектом исследования». Ядро вычислительного эксперимента - модель - алгоритм - программа калибрует и нормирует оптимальную модель объекта исследования. 1.3.8Основные положения по созданию и функционированию ИИССоздание ИИС осуществляется в плановом порядке в соответствие с Действующими положениями и нормативными актами. Для вновь строящихся, реконструированных, расширяющихся, технически-перевооружаемых и др. объектов автоматизации, для которых предусматриваются работы по кап. строительству, создание ИИС включается в планы и в проекты по этому виду работ. Работы по созданию ИИС на действующих объектах выполняются на основании договоров. Планирование и разработку ИИС осуществляют аналогично правилам, установленным для продукции единичного производства. ТЗ на создание ИИС является основным документом, определяющим порядок создания и требования к ИИС. Разработку ИИС и её приёмку проводят в соответствии с ТЗ. Создание ИИС осуществляют специализированные научные институты, проектно-конструкторские организации в соответствии с ТЗ. При созданных ИИС обращают внимание на следующее:
1.4 Анализ возможностей программных средств для создания и отладки ПО микроконтроллеров1.4.1Распространенные семейства микроконтроллеровНа сегодняшний день существует 3 наиболее распространенных семейства микроконтроллеров: MCS-51 (Intel и другие производители), PIC (Microchip) и AVR(Atmel). Рассмотрим среды разработки ПО для микроконтроллеров этих семейств. 1.4.2Средства разработки ПО для семейства микроконтроллеров MCS51Описание средства разработки ПО MCStudio MCStudio - это интегрированная среда разработки программного обеспечения (IDE) для микроконтроллеров семейства MCS-51 (Intel 8051). Интегрированная среда проектирования включает:
Средства разработки программ для CPU-ядра содержат:
Средства разработки программ для DSP-ядра включают:
Среда MCStudio обеспечивает:
Все эти возможности позволяют быстро и без особых усилий разрабатывать микропроцессорные системы средней сложности. Разработке более сложных систем средствами данной среды препятствует бедность редактора окружения. Описание средства разработки ПО MCU 8051 IDE MCU 8051 IDE представляет собой полнофункциональную интегрированную среду разработки для MCS-51 микроконтроллеров. Она состоит из компилятора, продвинутого текстового редактора (подсветка, проверка синтаксиса), симулятора, научного калькулятора, шестнадцатеричного редактора и т.д.. В настоящее время эта программа поддерживает исходные коды программ на языках Ассемблер и С для 50 микроконтроллеров: 8051, 80C51, 8052, AT89C2051, AT89C4051, AT89C51, AT89C51RC, AT89C52, AT89C55WD,AT89LV51, AT89LV52 AT89LV55, AT89S52, AT89LS51, AT89LS52, AT89S8253, AT89S2051, AT89S4051, T87C5101, T83C5101, T83C5102, TS80C32X2, TS80C52X2, TS87C52X2, AT80C32X2, AT80C52X2, AT87C52X2, AT80C54X2, AT80C58X2, AT87C54X2, AT87C58X2, TS80C54X2, TS80C58X2, TS87C54X2, TS87C58X2, TS80C31X2, AT80C31X2, 8031, 8751, 8032, 8752, 80C31, 87C51, 80C52, 87C52, 80C32, 80C54, 87C54, 80C58, 87C58. MCU 8051 IDE выгодно отличается от своих аналогов наличием продвинутого редактора окружения с большим количеством объектов, которые можно подключить к выводам микроконтроллера и эмулировать работу спроектированной микропроцессорной системы. MCU 8051 IDE предназначен для работы в Windows и NIX системах. 1.4.3Средства разработки ПО для семейства микроконтроллеров PICОписание средства разработки ПО MPLAB IDE Интегрированная среда разработки MPLAB IDE является свободно распространяемым набором инструментов для разработки встроенных приложений, использующих микроконтроллеры PIC и dsPIC компании Microchip. MPLAB IDE работает как 32-разрядное приложение на ОС Windows, проста в использовании и включает в себя множество бесплатных программных компонентов для быстрой разработки приложений и их отладки. MPLAB IDE также выступает в качестве единого, унифицированного графического интерфейса пользователя для дополнительного ПО Microchip и стороннего программного обеспечения и аппаратных средств разработки. В состав среды разработки входят:
Среда разработки MPLAB IDE рекомендована компанией Microchip для разработки микропроцессорных систем на базе микроконтроллеров PIC и dsPIC. Описание средства разработки ПО Proton IDE Proton IDE является профессиональной и мощной визуальной интегрированной средой разработки (IDE), которая была разработана специально для Proton+ компилятора. Протон IDE ускоряет разработку продукции в удобной пользовательской среде без ущерба для производительности. В состав среды разработки входят:
Proton IDE позволяет подключить компиляторы для языков С и Basic. Встроенный загрузчик позволяет произвести прошивку контроллера на плате расширения, подключенной к ПК через последовательный порт. 1.4.4Средства разработки ПО для семейства микроконтроллеров ATMELОписание средства разработки ПО AVR Studio AVR Studio — интегрированная среда разработки (IDE) для разработки 8-ми и 32-х битных AVR приложений от компании Atmel, работающая в операционных системах Windows NT/2000/XP/Vista/7. AVR Studio содержит ассемблер и симулятор, позволяющий отследить выполнение программы. Текущая версия поддерживает все выпускаемые на сегодняшний день контроллеры AVR и средства разработки. AVR Studio содержит в себе менеджер проектов, редактор исходного кода, инструменты виртуальной симуляции и внутрисхемной отладки, позволяет писать программы на ассемблере или на C/C++. Характеристики AVR Studio:
Среда разработки AVR Studio рекомендована компанией Atmel для программирования контроллеров семейства AVR. Описание средства разработки ПО Code::Blocks Code::Blocks — свободная кроссплатформенная среда разработки. Code::Blocks написана на С++ и использует библиотеку wxWidgets. Имея открытую архитектуру, может масштабироваться за счёт подключаемых модулей. Поддерживает языки программирования С, С++, D (с ограничениями). Code::Blocks разрабатывается для Windows, Linux и Mac OS X. Среду можно собрать из исходников практически под любую Unix-подобную систему, например FreeBSD. Возможности компиляции:
Возможности интерфейса:
Возможности отладки: Поддержка отладчиков (GNU GDB; MS CDB); Поддержка визуализации значений переменных и функций. 1.4.5Описание средства эмуляции ProteusPROTEUS VSM — пакет программ для автоматизированного проектирования (САПР) электронных схем. Разработка компании Labcenter Electronics (Великобритания). Пакет представляет собой систему схемотехнического моделирования, базирующуюся на основе моделей электронных компонентов принятых в PSpice. Отличительной чертой пакета PROTEUS VSM является возможность моделирования работы программируемых устройств: микроконтроллеров, микропроцессоров, DSP и проч. Библиотека компонентов содержит справочные данные. Дополнительно в пакет PROTEUS VSM входит система проектирования печатных плат. Пакет Proteus состоит из двух частей, двух подпрограмм: ISIS — программа синтеза и моделирования непосредственно электронных схем и ARES — программа разработки печатных плат. Вместе с программой устанавливается набор демонстрационных проектов для ознакомления. Пакет является коммерческим. Бесплатная ознакомительная версия характеризуется полной функциональностью, но не имеет возможности сохранения файлов. Примечательной особенностью является то, что в ARES можно увидеть 3D-модель печатной платы, что позволяет разработчику оценить своё устройство ещё на стадии разработки. |
|