|
||
|
||
|
Домой | Информация | Назад | Вперед |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
5.2.4. Элементы управляемых технологических комплексов ГПС как объект управления включает в свой состав УТК и систему управления. Управляемый технологический комплекс состоит из: технологического объекта управления; системы устройств измерения; системы исполнительных устройств. Система управления УТК содержит подсистемы: преобразования управляющей информации; преобразования измерительной информации; регуляторов; отображения информации; ввода информации; хранения данных управления, состоящую из базы данных (БД) и системы управления базой данных (СУБД). Работу СУ обеспечивает оперативный персонал. Более детально функции элементов ГПС как объекта управления приведены в табл. 5.2 Структура технологических объектов управления (ТОУ) описана в главе 1, их функционирование для различных классов реализуемых , процессов — в главах 2—4. В связи с чем мы рассмотрим только описание остальных элементов ГПС. .Таблица 5 Л. Функции элементов ГПС систем управления
Продолжение табл. 5.2
Продолжение табл. 5.2
Система устройств измерения (СУЙ) представляет собой комплекс Измерительных и усилительных элементов, решающий задачи измерения электрических величин, преобразование неэлектрических величин в электрические сигналы с заданной точностью и усиление электрических сигналов до заданного уровня. При этом измерением должны охватываться все параметры и режимы ТОУ, необходимые в дальнейшем для расчета управляющих воздействий на ТОУ. Введем понятие независимости измерения. Определение 1. Измерение М параметров называется независимым, если каждый из параметров измеряется (контролируется) одним измерительным элементом и сигнал с /-го измерительного элемента не является функцией сигнала с fc-ro измерительного элемента / Ф k и /, k = = 1,2,...,Л/.
Пусть X - М -мерный вектор
измеряемых параметров, Y - М- мерный вектор
электрических сигналов с СУИ, тогда В качестве примера независимости измерения можно привести систему измерительных устройств управляемого технологического комплекса формирования какого-либо слоя (токопроводящёго, резистивного, диэлектрического). Этот комплекс включает последовательные операции: приготовление жидкой фазы, нанесение слоя каким-либо методом (трафаретной печати, литья на движущуюся подложку, распылением и др.) ^термообработка слоя. Операции комплекса реализованы на оборудовании: ультразвуковые смесители, установки нанесения (в зависимости от выбранного метода), печи выжигания (индукционные, инфракрасные и др.). Такой комплекс широко используется в резисторе-и конденсаторострое-нии, в микроэлектронике, поэтому он довольно типичен. Для контроля за технологическими режимами и характеристиками формируемого слоя создается система измерительных устройств (элементов), куда входят: расходомеры, уровнемеры, вискозиметры (ротационные, ультразвуковые и др.), измерители диэлектрической проницаемости, измерители температуры, измерители скорости, измеритель толщины, измерители давления и др. Несмотря на то, что эти измерительные устройства формируют сигналы о параметрах, которые одновременно могут влиять на характеристики слоя (например, вязкость жидкой фазы, температура вжигания, скорость нанесения и др.), они осуществляют независимое измерение параметров процесса, а связь параметров процесса с характеристиками слоя учитывается при обработке результатов измерения непосредственно в управляющей ЭВМ, т. е. в системе управления. Принцип независимости измерения оказывает непосредственное воздействие на структуру СУЙ. Как правило, измерительные элементы в СУЙ выполняют роль преобразователей (датчиков) неэлектрических величин в электрические сигналы. Примерами измерительных элементов являются: тахогенератор, преобразующий скорость вращения в напряжение; измеритель диэлектрической проницаемости, преобразующий величину диэлектрической проницаемости в ток; термопара, преобразующая величину температуры в ЭДС; омметр, преобразующий величину электрического сопротивления в напряжение и др. Измерительные элементы должны обеспечивать заданную точность измерения, частоту съема информации, время преобразования неэлектрических величин в электрические сигналы. Требования к измерительным элементам вырабатывются на основании общих требований к АТК. Усилительные элементы в СУЙ осуществляют усиление электрических сигналов, поступающих с измерительных элементов, до уровня, необходимого для дальнейшей их обработки и подавления шумов измерений, источниками которых являются измерительные элементы. Требования к усилительным элементам формируются на основе выходных характеристик измерительных элементов и входных характеристик системы преобразования измерительной информации. Таким образом, в соответствии с определением 1 система устройств измерения представляет собой систему с М независимыми входами и М независимыми выходами. Система исполнительных устройств (СИУ^ представляет собой комплекс исполнительных, усилительных и функционально необходимых элементов, решающий задачи преобразования с заданной точностью и быстродействием электрических управляющих сигналов в неэлектрические или электрические параметры. Особенностью данной системы является то, что она рассматривается как система преобразования по управляющему каналу, т. е. в качестве входных переменных здесь рассматриваются сигналы управления. Тогда система функционально необходимых элементов обеспечивает заданное нормальное функционирование исполнительных элементов, а сигналы, подаваемые на управляющие входы, изменяют нормальные режимы функционирования исполнительных элементов в соответствии с алгоритмом управления. К исполнительным элементам в производстве МЭАотносятся: электродвигатели, электромешалки, нагревательные элементы, автоматические дозаторы, пульверизаторы, станки с ЧПУ, автоматы установки на плату деталей, термостаты и др. Как мы видим, задача исполнительных элементов - преобразование электрических сигналов (напряжений, токов) в неэлектрические величины (перемещения, линейные и угловые скорости, дозы материалов, температуру и др.). Преобразование здесь должно осуществляться с заданной точностью и быстродействием, достаточным для эффективной реализации управляющих воздействий. По аналогии с определением 1 введем понятие независимости воздействий. Определение 2. Воздействие на k параметров называется независимым, если на каждый из параметров воздействие оказывается одним исполнительным элементом и изменение z'-ro параметра под действием /-го исполнительного элемента не зависит от изменения/-го параметра под действием /-го исполнительного элемента при/=/и /',/= 1,2,... ,fc. Пусть X - k -мерный вектор управляющих сигналов, Y - Аг-мерный вектор управляемых параметров, тогда
В качестве примера независимости воздействий рассмотрим операцию нанесения резистивного слоя на диэлектрическую подложку Резистивный слой формируется путем литья токопроводящей суспензии на движущуюся стеклолитовую подложку. В целях обеспечения стабиль ности толщины резистивного слоя или управления им, необходимо стабилизировать или управлять следующими параметрами операции нанесения влияющими на толщину резистивного слоя: вязкостью резистивной суспензии; высотой щели над подложкой, из которой вытекает суспензия; линейной скоростью перемещения подложки. Для реализации управления создается система исполнительных элементов: термостат, автоматический дозатор, электромеханическая линейка, электродвигатель конвейера с редуктором. Термостат стабилизирует температуру емкости, в которой находится резистивная паста, автоматический дозатор изменяет концентрацию растворителя в суспензии путем добавления его в суспензию в необходимом количестве, электромеханическая линейка осуществляет изменение высоты щели над подложкой, а электродвигатель изменяет скорость движения конвейерной ленты, на которой находится подложка. Несмотря на то, что вязкость суспензии зависит от температуры суспензии и концентрации в ней растворителя, однако изменение температуры и дозы растворителя не зависят друг от друга при непосредственном воздействии на процесс. Эта зависимость отражается в величине управляющих сигналов, подаваемых на термостат и автоматический дозатор. В данной схеме реализован принцип независимости воздействия. Таким образом, в соответствии с определением 2 система исполнительных устройств может быть представлена в виде системы исполнительных элементов, нормальное функционирование которых обеспечивается системой функционально необходимых элементов. Тогда система исполнительных устройств представляет собой систему с А' независимыми входами и К независимыми выходами. Мы рассмотрели структуру управляемого технологического комплекса как системы, входящей в ATM. Многие измерительные элементы в производстве МЭА формируют аналоговый сигнал, а выработка и расчет управляющих воздействий в СУ осуществляется ЭВМ или микропроцессорами, в которых происходит обработка цифровой информации, поэтому необходимо произвести согласование выхода СУЙ со входом управляющей ЭВМ. Эту задачу выполняет система преобразования измерительной информации (СПИИ). Кроме преобразования аналогового сигнала в цифровой, СПИИ осуществляет коммутацию сигналов измерений в соответствии с сигналами, поступаемымиот управляющей ЭВМ. В качестве коммутатора могут применяться электронные аналоговые коммутаторы или электромеханические коммутаторы. В настоящее время наибольшее распространение получили электромеханические коммутаторы матричного типа, построенные на основе герметизированных контактов (герконов). Данная СПИИ реализует коммутацию измерительной информации М X 1, где М - число информационных каналов. АЦП - аналого-цифровой преобразователь - преобразует аналоговые измерительные сигналы и сигнал об исполнении команды в цифровой код, подаваемый на управляющую ЭВМ. ЦАП — цифро-аналоговый преобразователь — преобразует цифровой код управляющей ЭВМ в аналоговый сигнал управления. С целью согласования выхода управляющей ЭВМ с системой исполнительных устройств, в состав контура управления включена система преобразования управляющей информации (СПУИ). СПУИ решает задачи преобразования цифровой управляющей информации в аналоговый управляющий сигнал и распределение его на соответствующие измерительные элементы по заданному алгоритму. В СПУИ, таким образом, включены ЦАП и аналоговые управляемые коммутаторы. Могут быть использованы коммутаторы обратного действия. Общей задачей СПУИ и СПИИ является преобразование сигналов с заданной точностью за заданное время и по заданному алгоритму управления. В общем случае СПИИ и СПУИ имеют иерархическую структуру. В реальном производстве всегда имеются факторы, возмущающие состояние объекта управления (УТК) и состояние измерительных устройств. Кроме этого ошибки вносятся устройствами преобразования измерительной информации и каналами передачи информации. Поэтому величина сигнала измерения не всегда соответствует действительному значению измеряемого параметра. Для того, чтобы уменьшить влияние возмущающих факторов при измерении параметров на процесс выработки управляющих воздействий, необходимо производить оценку измеренных параметров. Этой цели служат устройства оценки, которые можно рассматривать в виде различных фильтров. Широкий спектр шумов измерений передается аппаратурными средствами (полосовые фильтры, фильтры верхних частот и др.). Шумы измерений, не отфильтрованные техническими средствами (динамические шумы), фильтруются вычислительными алгоритмами, представляющими собой некоторые динамические системы, реализованные на ЭВМ. Таким образом, система устройства оценки на основе выходной информации Y о параметрах УТК осуществляет преобразование
где л — вектор оценки параметров; /г — динамическая функция; и — вектор управляющих воздействий, подаваемых на систему исполнительных устройств. Выработка управляющих воздействий осуществляется системой управляющих устройств, где осуществляется преобразование вида
где/у - в общем случае динамическая функция. Устройства оценки и управляющие устройства объединяются в регулятор, который реализуется на микропроцессорах, мини-ЭВМ и др. Аппа-ратурно система управления может представлять собой иерархическую систему, где на нижнем уровне управление отдельными параметрами или операциями осуществляется аналоговыми регуляторами или микропроцессорами, управление группами регуляторов осуществляется управляющей мини-ЭВМ , а управление и координация работы всего АТК средней или большой управляющей ЭВМ. С точки зрения принятия решения такая иерархия не является правомочной, так как принятие решения об управлении одной или несколькими ЭВМ (которые можно заменить одной) принципиально не различаются. Поэтому будем считать, что система управления в ATM имеет только два уровня принятия решения: техническими средствами (ЭВМ, микроаппаратуры); человеком-оператором. Для реализации двухуровневой системы управления необходима система отображения информации (СОИ). Задача СОИ - преобразование цифровой информации, заложенной в ЭВМ, в вид, удобный для восприятия человеком (тексты, графики, таблицы, диаграммы, световые сигналы и т. д.). СОИ включает в себя дисплеи, устройства быстрой печати, графопостроители, устройства аварийного контроля. Устройства аварийного контроля позволяют человеку получить оперативную информацию о неисправности процесса и принять необходимое решение. По анализу полученной информации оператор АТК принимает решение об изменении того или иного режима технологического процесса или об изменении
алгоритмов управления. Ввод необходимой информации о принятом решении осуществляется через систему ввода
информации (СВИ), включающую
устройства ввода с дисплея, устройства ввода с перфокарт и с перфолент,
перфораторы. Так как при управлении ATM ситуации (режимы работы оборудования, алгоритмы управления и др.) могут повторяться, чтобы не формировать заново алгоритмы управления и рассчитывать режимы управления, создается банк данных управления (БДУ), в котором формируются и хранятся наиболее часто повторяющиеся ситуации управления. Как правило, такой банк формируется для высоких уровней управления (управления группой агрегатов и установок и ATM в целом) и реализуется на внешних запоминающих
устройствах, позволяющих осуществлять длительное хранение информации. Обращение к БДУ происходит через средство сопряжения с внешними запоминающими устройствами с помощью специального прог- . раммного обеспечения. |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Домой | Информация | Назад | Вперед |
