Електронен учебник

1
ТЕХНИЧЕСКИ УНИВЕРСИТЕТ – ВАРНА
К-ра “ ЕЛЕКТРОСНАБДЯВАНЕ И ЕЛКТРООБЗАВЕЖАДНЕ”
ЗАПИСКИ
По дисциплината:
ЕЛЕКТРОННИ И МИКРОПРОЦЕСОРНИ
СИСТЕМИ ЗА УПРАВЛЕНИЕ НА ПРОМИШЛЕНИ
АГРЕГАТИ
Варна
2011

2
КОНСПЕКТ
по дисциплината:
“Електронни и микропроцесорни системи за управление на
производствени агрегати (ЕМПС УПА)
IIIкурс, ЕСЕОП, 2011/2012 уч. г.
1.Състояние и перспективи на развитие на ЕМПС УПА. Класификация на системите.
SCADA
2.Особености на производствените агрегати като обекти за управление. Принципи на
построяване насистеми за автоматично управление на базата на микропроцесори.
3.Преобразователи на физични величини в електрически сигналиДатчици.
Клсификация надатчиците. Принцип на действие
4. Kонтактни и съпротивителни датчици (преобразуватели).
5.Индуктивни и индукционни датчици.
6.Магнитоеластични (магнитострикционни)датчици.
7.Измерване на вибрации и малки премествания.
8.Пасивни датчици за измерване на сили и моменти.
9.Датчици за измерване на температура
10.Устройства за първична обработка на информациятаот датчиците. Операционни
усилватели. Характеристики
11.Предварителна обработка на информацията от датчиците с операционни усилватели.
12.Изпълнителни механизми в системите за управление на промишлени агрегати.
Видове и принцип на действие.
13.Математически модели на изпълнителните механизми.
14.PID регулториза управление на изпълнителните механизми. Методи за настройка.
15.Интерфейсии протоколи за предаване на данни в микропроцесорните системи.
Паралелен интерфейс. Сериен интерфейс. RS232, RS485, токов кръг. Конвертори.
16.CAN, CANopen, LIN серийни интерфейси.
17.Програмируеми логически контролери(PLC). Общи сведения. Структура и
алгоритъм на работа.
18.Функционални блокове вPLC.
19.Езици за програмиране на PLC.Същност на графичния език за програмиране Ladder
Diagram.(LD).
20.LAN,мрежи. Общи сведения.
21.Устройства за представяне на информацията.
22.SCADA-системи. Структура, цели и задачи.
23.Критерии за избор на SCADA системи. Компоненти наSCADA и техните
характеристики
24.Мрежови устройства в SCADA системите
25.Протоколи в мрежите на SCADAсистемите.
26.Архитектура Ethernet за изграждане на SCADA мрежи.
27.Протокол за предаване на данни в Ethernet.
28.Modbus комуникационен протокол.
29.Profibus мрежи и протоколи
30.Комуникационен профил Profibus-DP
31.SCADA– LabVIEW (Графично програмиране )
32.SCADA-Сградна автоматизация
33.SCADA за управление производството на асфалто– бетонови смеси
34.SCADA за мониторинг на технологични параметри в предприятия с дискретно
производство.
Септември, 2011 г Съставил:
доц. д-р инж. П. Василев
.

3
1.Състояние и перспективи на развитие на ЕМПС УПА
Съвременното производство се характеризира с високопроизводителни машини и
агрегати. Редица производства са с висока степен на автоматизация, но има и такива все още
е нужен ръчен труд. През последните години, благодарение на развитието на електрониката,
микропроцесорната техника, изкуствения интелект и др. Учените и инженерите работят над
създаването на роботи за автоматизация на ръчния труд.
Прогресът в машиностроенето през последните години се определя от два фактора:-
производителност и точност. Тези фактори отначало диктували във водещите
машиностроителни отрасли, преход от универсалното към тясно специализираното
обзавеждане.
Тясно специализираното обзавеждане обаче не позволява бързо и ефективно
преминаване от производството на едни модели машини към други, създаването на по нови
и съвършени изделия, което се явява от друга страна спирачка за повишаване на
производителността на труда. Във връзка с това възниква задачата за създаване на машини и
агрегати, съчетаващи висока производителност и точност с гъвкавост и приспособяемост на
универсалното оборудване. Тези противоречиви изисквания станало възможно да бъдат
удовлетворени след навлизането на цифровата техника в автоматизацията на промишлените
агрегати, създаването и внедряването на системите за цифрово програмно управление (ЦПУ)
на технологични съоръжения Първите машини с ЦПУ започнали да се използват през 60-те
години в машините за механична обработка (стругове, фрези, разстъргващи машини,
оразстъргващи машини, роботи, транспортни системи, системи за автоматичен контрол и
диагностика).
Характерното за тези системи с ЦПУ е това, че управляващата програма се записва
предварително на магнитна или хартиена перфорирана лента. Те са известни като ЦПУ
първо поколение . Основен недостатък на тези системи е ниската им надеждност (което
съответства на степента на развитието на електрониката) удължение цикъл на подготовка на
носителя на програмата, недостатъчна точност, малък “живот” на носителя на програмата.
Въпреки тези важни недостатъци, системите с ЦПУ от първо поколение имаха много важно
значение за прогреса в промишлеността и в частност в машиностроенето, където беше
отбелязано значително повишаване на производителността на труда и подобряване на
условията за работа на работниците и специалистите в машиностроителните предприятия.
Развитието на полупроводниковата електроника през 60-те години, разработването и
внедряването на ново поколение изчислителни машини и развитието на теорията на
автоматичното управление, създадоха условие към края на 60-те години да се появи второ
поколение системи за цифрово програмно управление, известни като NC (NumericalControl)
системи
За NC системите е характерно, че програмите се въвеждат в машината от хартиена
перфорирана лента или карти, което от своя страна води до недостатъчна надеждност и
гъвкавост при необходимост от промяна в програмата.
Краят на 60-те, началото на 70-те години, в областта на електрониката и цифровата
техника се характеризира с разработването и внедряването на интегрални микросхеми,
появата на микропроцесори и едночипови компютри Появиха се специализирани малки
изчислителни машини (Mini )и микрокомпютри с достатъчен обем памет. Те станаха
елементна база за построяване на ЦПУ трето поколение. Те станах а база за построяване на
ЦПУ от трето поколение, което получи названието NCN (Computerized Numerical Control).
Системите NCN позволиха да се осъществи унификация на средствата за управление.
С тяхна помощ стана възможно управлението както на автономни обекти, така и на
създаването като “кубчета на LEGO” подсистеми, работещи в информационни мрежи, АСУ
ТП (Автоматизирани системи за управление на технологични обекти) и ГАПС (Гъвкави
автоматизирани производствени системи).
В средата на70-те години, след навлизането на микропроцесорите в автоматизацията
на производството се създадоха предпоставки за раждането на четвърто поколение системи

4
с ЦПУ. Системите за управление на металорежещи машини с микропроцесорно управление
са известни като системи с пряко цифрово управление или DNC (Direct Numerical Control).
С развитието на техниката производствените процеси започнаха да стават все по
гъвкави, по ефективни, с по ниска енергоемкост, по надеждни. Това от своя страна води до
усложняване на управлението и повишаване значимостта на човешкия фактор. Решаването
на тази конфликта ситуация стана възможно с развитието на електрониката,
микропроцесорната техника и информационните технологии. Изследванията показват и вече
и практиката го доказва, че бъдещето на автоматизацията на производството е в
изграждането на мрежово ориентирани структури за управление на производствени процеси
и агрегати.
Какво се разбира под мрежово ориентирана структура?. Добър пример за мрежово
ориентирана структура е електрическата силова мрежа. Електрическата енергия се
разпределя от ниво 110 кV на 20 кV, след това на 6 kV и на края на 400 V чрез използване на
трансформатори и линии за предаване на електрическа енергия (ЛЕП). Вижда се че тази
мрежа съдържа компоненти ( генератори, линии, трансформатори, комутационна апаратура),
но същността на надеждното електроснабдяване не е основно в надеждността на нейните
компоненти. Надеждността на предаване на електроенергията е в мрежовото
трансформиране и предаване, а непросто в компонентното трансформиране.
В тази терминология, използвайки понятията на информационните мрежи като
повторители (repeaters), шлюзи, врати (gateway) и линии за предаване на информация се
строят мрежово ориентираните системи за управление напроизводствени процеси (фиг. 1).
Характерни черти на мрежовите системи:
А). Първа характерна черта. Предимства на структурата:
-Възможност за онлайн модификация в мрежата и минимизация на поразени
станции иползватели;
-Резервиране на мрежата, добавяне на нови елементи;
-Сегментиране на мрежата чрез поставяне на повторители което позволява при
необходимост да се изваждат от строя повредените части или да се заобикалят;
-При необходимост могат да се добавят нови елементи без да се нарушава работата
на системата;
-Могат да се добавят нови обектис собствени вътрешни шини;
-Наличие на развит софтуер, който може в режим “plug/play” да открива
включването на нови шини на нови подсистеми.
Б). Втора характерна черта– Вертикална интеграция.
Това означава обмен на данни от I/O областта (областта надатчиците
(източниците на информация) и изпълнителните елементи, чрез областта на
управление на процесите до областта на управление на продажбите на готовата
продукция
Тук трябва да се отбележи, че по правилно е да се говори за области а не за
нива.

5
Фиг. 1.
Предимствата на вертикално ориентираната структура са в:
-“Прозрачност” на предаване на информацията. Когато всеки уторизиран
ползвател на мрежата има достъп до цялата мрежа, необходимостта от
наличието на обща база данни става ненужна;
-интегрирането на устройствата и прозрачността ще означава, че дейността на
централната инженерна станция ще се заключава в достъп всички подсистеми в мрежата
Това означава,м ч е от работната станция могат да се управляват всички процеси или
контролери;
-областта за диагностика, контрол и документиране е по ефективна от мрежа в която ако
такива системи имащи за всяка подсистема. Тази система може да бъде внедрена в
инженерната система и може да работи на същия хардуер;
-системата за поддържане има вградена функция “pug/play” , което означава, че когато
някой система е изключена или премахната новото “парче” от системата автоматично
се разпознава и се включва в базата данни за подсистемите за цялата мрежа. За целта
може да бъде инсталиран специален диагностичен софтуер, който да позволи да се
проведе тест на цялата мрежа;
-мрежовостта дава възможност да се строи централен пост за управление по
информационни нива;
-базирайки се на стандартите на офис техниката и офис комуникациите могат да се
използват нови технологии за обмен да и