Общие требования к выполнению работы

Задан технологический процесс или объект управления, контроль за состоянием которого осуществляется с помощью аналоговых и дискретных датчиков. Для аналоговых датчиков определены допустимый диапазон измерений, диапазон выходного сигнала, инерционность и интервал или режим опроса. Дан АЦП из лабораторной работы №1, преобразующий входную аналоговую информацию в двоичный код. В соответствии с измеряемыми значениями необходимо выдать аналоговое управляющее воздействие на исполнительные механизмы, регулирующие протекание технологического процесса или состояние объекта управления. Для вывода аналоговой информации используется ЦАП из лабораторной работы № 2, максимальное время преобразования которого равно 10 мс.

Дана процедура TIMER, выполняющая временную задержку на 10 mc. Вектор прерывания – 68.

Варианты заданий приведены в приложении С.

В работе необходимо:

2.1.Определить точность ввода информации с аналоговых датчиков.

2.2.Нарисовать градуировочную характеристику датчика.

2.3.Определить устройство, сигнал с которого подается на шину прерываний и обосновать этот выбор.

2.4.Определить точность вывода информации на исполнительные механизмы.

2.5.Определить количество, разрядность и назначение портов ввода-вывода.

2.6.Определить назначение отдельных разрядов портов.

2.7.Расчитать схему выдачи управляющих кодов для реализации управляющей функции заданного вида с минимальной погрешностью.

Варианты заданий приведены в приложении С.

Содержание отчета

3.1. Исходные данные для выполнения работы

3.2. Расчеты, рисунки и необходимые описания в соответствии с общими требованиями.

3.3. Структурная схема интерфейса связи.

3.4. Укрупненный алгоритм функционирования системы.

3.5. Текст программы ввода информации о протекании технологического процесса и выдачи управляющих воздействий.

3.6. Выводы.

Приложение С

Варианты заданий к лабораторной работе № 3, 4.

Группа ИУСа

1. (Безуглый) Имеется вентилятор, обеспечивающий проветривание комнаты. Мощ-ность двигателя, а значит и скорость вращения, определяется управляющим напряжением. Режим включения вентилятора должен соответствовать уровню температуры, которая измеряется четырьмя датчиками, и значению влажности, которая определяется датчиком, дополненным компаратором, выдающим 0, если уровень влажности соответствует норме или 1 в противном случае. Диапазон температуры, измеряемый датчиками — -20°С ¸ 60°С, диапазон выходного сигнала –1,5 ¸ 4,5В. Частота опроса датчиков соответственно равна 20 mc, 80 mc, 60 mc и 120 mc. Пока среднее значение температуры в помещении ниже 20°С – скорость вращения лопастей минимальна. При достижении среднего значения температуры в помещении 25°С вентилятор переключается во второй режим, когда срабатывает датчик влажности – в третий режим. Напряжения, соответствующие режимам равны -2 В, 2.8 В и 4 В.

2. ( Зимит)Имеется масляный трансформатор. Уровень масла фиксируется датчиком уровня. Для измерения температуры масла используются 4 датчика температуры. Диапазон измерения 20°С ¸ 180°С, диапазон выходного сигнала 0 ¸ 4,8В. Инерционность датчиков равна 0,1с. Датчики опрашиваются в следующем режиме:

- первый опрашивается непрерывно до тех пор, пока измеряемая температура не достигнет значения 60°С;

- затем - попеременно второй и третий датчики в течении 5с;

- затем – попеременно первый и четвертый в течении 3 с.

Необходимо включить двигатель охладителя, подав на него напряжение – 8,6 В, если температура превысит 80°С. При снижении уровня масла необходимо включить насос для добавления масла, выдав на него управляющее воздействие – 6,6 В.

3. (Левченко) Производится контроль температуры и светового потока в теплице. Уровень светового потока определяется датчиком, выдающим 0 или 1. Для измерения температуры используются 8 датчиков, позволяющих измерять температуру в диапазоне -50°С ¸ 100°С, диапазон выходного сигнала –2 ¸ 4В. Датчики Д1, Д4 опрашиваются с интервалом 40 mс, датчики Д3 и Д5 с ин-тервалом 60 mс, датчики Д2, Д8 с интервалом 100 mс и датчики Д6, Д7 с ин-тервалом 120 mс. Жалюзи открываются, если уровень светового потока недос-таточен (соответствующий датчик выдает значение 0). Угол поворота жалюзи определяется напряжением, подаваемым на двигатель. Если световой поток не достигает нормы через 5 минут после установки очередного угла, то жалюзи поворачиваются еще на один угол (для поворота жалюзи на 10° необходимо увеличить/уменьшить управляющее напряжение на 15 В). После открытия жалюзи начинается опрос датчиков температуры в соответствии с режимом их опроса, полученные значения записываются в массивы. Если световой поток достаточен или средняя температура выше 32°С, то жалюзи закрываются.

4. (Лобкова) Имеется система, позволяющая включать/выключать обогрев помеще-ния. Включение обогрева производится, если в помещении есть люди и средняя температура ниже 18°С, либо если в помещении нет людей и средняя темпе-ратура ниже 12°С. Обогрев выключается, когда средняя температура достигнет 26°С. Контроль наличия людей производится с помощью двух фотоэлементов, размещенных на входе в помещение. Для измерения температуры используются 12 датчиков, измеряющих температуру в диапазоне 10°С ¸ 85°С, диапазон выходного сигнала 0 ¸ 4,2В. Датчики опрашиваются циклически, начиная с первого. Инерционность датчиков равна 0,2с. Включение обогрева – подача напряжения на тэн согласно рис. 1. Выключение согласно рис. 2.

Рис. 1. Рис. 2.

5. (Сафонов) Имеется конвейер, по которому движутся детали. Натяжение ленты конвейера измеряется 5 датчиками, измеряющими параметр в диапазоне 0 ¸ 55 ед. изм., диапазон выходного сигнала 0 ¸ 4В Временная диаграмма опроса датчиков приведена на рисунке:

3 1 2 4 5 3 1 2 4 5 3 1 2 4 5

t1 – 50 мс; t2 - 3 t1.

Когда максимальное из значений превысит величину 32 ед. изм., необходимо остановить конвейер и включить сигнальную лампочку, подав на нее напряжение 4, 8 В.

Также необходимо производить подсчет количества деталей, наличие которых фиксируется фотодатчиком. Когда пройдет заданное количество деталей, необходимо замедлить движение конвейера. В случае отсутствия деталей в течение 5 минут, конвейер необходимо остановить. Конвейер управляется двигателем, скорость вращения которого определяет скорость движения конвейерной ленты. Максимальная скорость – 9,7 В. Минимальная скорость – 4,3 В. Остановка – 0 В.

6. (Сложеницын) Процесс получения очищенного парафина заключается в том, что при нагреве технического парафина примеси плавятся быстрее. При нагреве парафина до температуры 68°С необходимо открыть клапан для слива примесей. Через 2 мин. клапан закрывается, и нагрев продолжается до температуры 89°С. Открывается второй клапан для слива готового парафина. Измерение температуры производится 6 датчиками, измеряющими температуру в диапазоне 25°С ¸ 145°С, диапазон выходного сигнала 0,5 ¸ 4,5В. Интервалы опроса соответственно равны 0,2 с; 0,15 с; 0,05 с; 0,1 с; 0,2 с; 0,15. Датчики опрашиваются в следующем режиме:

- сначала опрашивается только второй датчик до тех пор, пока измеряемая температура не достигнет 61°С;

- далее опрашиваются все остальные датчики, пока средняя температура не достигнет 68°С.

Кроме того, шестой датчик снабжен компаратором, который выдает импульс высокого уровня, когда температура превысит 89°С.

Открытие клапана производится выдачей на его двигатель напряжения 3,7В. Закрытие - -4,6 В.

7. (Слюнкин) Имеется система, определяющая уровень метана в лаве с помощью 4 датчиков, измеряющих параметр в диапазоне 0,05 ¸ 3,5%, диапазон выходного сигнала 0,05 ¸ 3,5В. Интервалы опроса соответственно равны 0,1с; 0,15с; 0,6с и 0,4с. Если минимальный уровень метана, измеренный первым и третьим датчиками, выше 1,2%, то включается вентилятор по схеме 1. Если среднее значение уровня, измеренное всеми датчиками, превысит 2,07% или появится импульс на выходе компаратора, которым снабжен четвертый датчик, то выдается звуковой сигнал подачей напряжения 4 В.

8. (Струг) Имеется конвейер, движение которого осуществляется двигателем, режим вращения которого обеспечивает скорость движения конвейера. Степень провисания конвейерной ленты определяется тремя фотодатчиками, фиксирующими минимальный, средний и максимальный уровни провисания.

При среднем уровне провисания необходимо замедлять движение конвейера. При максимальном уровне – останавливать конвейер и подавать напряжение на индикатор. Максимальная скорость движения – 4,2 В, минимальная – -2,5 В. Напряжение на индикатор – 2 В. Кроме того в системе имеется 3 датчика, измеряющие скорость движения конвейера в диапазоне 0,1 ¸ 45 м/с, диапазон выходного сигнала 0 ¸ 4,5В. Частота опроса каждого равна 10 Гц.. Датчики опрашиваются в следующем режиме:

- сначала опрашивается только первый датчик до тех пор, пока измеряемая скорость не достигнет 5 м/с;

- далее опрашивается второй, пока скорость не станет выше 16м/с;

- далее опрашиваются все датчики в течении 2 мин.

Из полученных значений скорости сформировать массивы.

9. (Грек) Дана емкость для хранения жидкости. Нижний и верхний уровень фиксируются датчиками уровня, выдающими импульс при достижении жидкостью данного уровня. Если жидкости в емкости мало, то необходимо открывать клапан для заполнения емкости и закрывать его при достижении жидкостью верхнего уровня. Поворот клапана производится двигателем, управляемым аналоговым сигналом. Увеличение уровня напряжения на 1,2 В определяет угол поворота клапана на 30 град. Открытие клапана производить постепенно. Кроме того система должна опрашивать 12 датчиков температуры, режим опроса которых следующий: датчики Д1, Д2, Д4 опрашиваются с интервалом 20 мс, датчики Д7, Д9, Д12 с интервалом 40 мс, датчики Д3, Д5, Д6 с интервалом 60 мс и датчики Д8, Д10, Д11 с интервалом 80 мс. Опрос прекратить, когда в любой группе датчиков измеряемая суммарная температура не превысит 250°С. Датчики измеряют температуру в диапазоне -5°С ¸ 195°С, диапазон выходного сигнала –0,5 ¸ 5В.

10. (Жигальский) Имеется система управления лифтом в пятиэтажном доме. Вызов лифта фиксируется пятью ключами. В соответствии с текущим положением лифта включается двигатель лифта либо в одном направлении + 122 В, либо в другом направлении – 66 В. Время движения между этажами – 2 мин. В системе также производится измерение скорости движения лифта с помощью 4 датчиков, измеряющих скорость в диапазоне 0,9 ¸ 145 м/с, диапазон выходного сигнала 0,1 ¸ 4,9В. Временная диаграмма опроса датчиков приведена на рисунке:

3 1 4 1 2 3 3 1 4 1 2 3 3 1 4 1 2 3

t1 – 40 мс; t2 - 4 t1.

Измерения производить, пока показания любого датчика не превысит 95м/с. В этом случае лифт выключается.

11. (Медведев) Подается вагон под бункер для заполнения его углем. Момент поступ-ления вагона фиксируется фотодатчиком. При этом необходимо остановить вагон, включением тормозной колодки, на двигатель которой подается напряже ние 4,2 В. Затем открывается заслонка бункера, поворот которой по часовой стрелке (открытие) осуществляется в соответствии с графиком 1. Вес вагона с грузом измеряется 3 датчиками для измерения веса в диапазоне 1 т ¸ 160 т, диапазон выходного сигнала 0 ¸ 4,7В. Датчики опрашиваются в следующем режиме:

- первый опрашивается непрерывно, пока вес не достигнет значения 6 т;

- затем опрашиваются попеременно 2 и 3 датчики, пока вес не превысит 15 т;

- затем попеременно все датчики в течении.

Следует учитывать, что инерционность датчиков равна 0,1с.

55 55

6

12. (Орловский) Имеется конвейер, по которому движутся детали. Необходимо произво-дить контроль размеров деталей и подсчет брака. Подход детали к устройству измерения фиксируется фотодатчиком. После этого снимаются показания измерителей размера детали (3 датчика – длина, 2 датчика – диаметр), которые измеряют параметр в диапазоне 0,1 ¸ 95 см, диапазон выходного сигнала 0,02 ¸ 4,75В. Деталь считается бракованной, если максимальная длина больше 50 см или минимальная меньше 48 см или максимальный диаметр больше 11 см или минимальный диаметр меньше 9,5 см. Следует учитывать, что инерционность датчиков равна 0,2 с. В случае отсутствия деталей в течение 10 минут, конвейер необходимо остановить. Конвейер управляется двигателем, скорость вращения которого определяет скорость движения конвейерной ленты. Максимальная скорость – 4,7 В. Минимальная скорость – -4,3 В. Остановка – 0 В.

1. (Чаган) Производится контроль влажности земли в теплице. Если влаги доста-точно, то поливочное устройство закрыто. В случае снижения влажности вклю-чаются насос для подачи воды и двигатель, вращающий поливочное устрой-ство. Насос включается, подачей на него напряжения 8 В. Скорость вращения поливочного устройства определяется напряжением, подаваемым на двигатель согласно рис. 1. Выключение двигателя поливочного устройства производится согласно рис. 2. Уровень влажности определяется датчиком, выдающим 0 или 1. В системе также производится измерение температуры воздуха 5 датчиками, измеряющими температуру в диапазоне -30°С ¸ 130°С, диапазон выходного сигнала -1 ¸ 4,7В. Интервалы опроса соответственно равны 0,24 с; 0,12 с; 0,06 с; 0,12 с; 0,24 с. Датчики опрашиваются в следующем режиме:

22 9,2

17

3,5 4,8 7,6 9,2 U, В 6

Рис. 1. Рис. 2.

- сначала опрашивается только первый датчик до тех пор, пока измеряемая температура не достигнет 17°С;

- далее опрашиваются все остальные датчики в течении 3 мин. Из полученных значений сформировать массивы.

14. (Шулянский) Имеется система, позволяющая включать кондиционер в помещении, если температура воздуха превышает 26°С и если в помещении есть люди. Выключение кондиционера производится если помещение пусто или темпера-тура снизилась до 18°С. Температура в помещении измеряется 4 датчиками, диапазон измерения которых составляет-150°С ¸ 135°С, диапазон выходного сигнала –4,6 ¸ 4,5В. Частота опроса каждого равна 20 Гц.. Датчики опрашива-ются в следующей последовательности: второй, четвертый, первый, четвертый, третий, четвертый, второй, четвертый и т.д. В качестве пороговых значений используется максимальное и минимальное из значений. Контроль наличия людей производится с помощью двух фотоэлементов, размещенных на входе в помещение и датчиком движения, выдающим 1, если в течении 30 мин. не было зафиксировано движение, или 0 в противном случае. Включение кондицио-
нера – подача напряжения согласно рис. 1. Выключение согласно рис.2.

15.

Схема 1. Схема 2.

16. (Минков) Подается вагон под бункер для заполнения его зерном. Поступление вагона определяется фотодатчиком. Тип вагона фиксируется двумя фотоэле-

Схема 3

t1 – 60 мс; t2 - 5 t1.

ментами. Если информация выдаваемая фото элементами 00 – 1-ый тип, 01 – 2-ой тип, 11 – 3-тип. Необходимо открыть заслонку бункера, подав на двигатель напряжение 10,8 В. После заполнения вагона зерном 30 т, 55 т, 83 т в зависимости от типа вагона закрыть заслонку подачей на двигатель напряжения 1,6 В. Вес вагона с зерном измеряется девятью датчиками, режим опроса которых следующий: Д1, Д2, Д4 опрашиваются с интервалом 25 мс, Д3, Д7, Д9 с интервалом 45 мс, Д5, Д6, Д8 с интервалом 65 мс. Датчики измеряют вес в диапазоне 5 т ¸ 205 т, диапазон выходного сигнала 0,1 ¸ 4,05В.

17. (Небесная) Имеется масляный трансформатор. Уровень масла фиксируется датчиком уровня. Для измерения температуры масла используются 5 датчиков, измеряющих температуру в диапазоне 10°С ¸ 120°С, диапазон выходного сигнала 0,4 ¸ 4,8В. Датчики опрашиваются в следующем режиме:

- первый опрашивается непрерывно до тех пор, пока измеряемая температура не достигнет значения 78°С;

- затем опрашивать попеременно второй и третий датчики в течении 15 с;

- затем попеременно первый и четвертый в течении 10 с.

Следует учитывать, что инерционность датчиков равна 0,2с.

Если максимальная температура за период опроса превысит 93°С необходимо включить двигатель охладителя, подав на него напряжение по схеме 1. При снижении уровня масла необходимо включить насос для добавления масла, выдав на него управляющее воздействие по схеме 2.

4,8

3,8

Схема 1. Схема 2.

18. (Нечепуренко) Имеется емкость, предназначенная для подогрева жидкости. При нагреве жидкость превращается в пар. Производится измерение давление с помощью датчика, дополненного компаратором. Когда давление превысит заданное компаратором значение, выдается 1. При этом необходимо выключить подогрев и открыть клапан для того, чтобы выпустить пар. Когда давление уменьшиться, клапан закрыть. U, V

12,2

9,3

5,6 8 13

Клапан приводится в движение двигателем в соответствии с графиком. Температура жидкости измеряется 6 датчиками с диапазоном измерения 0°С ¸ 160°С, диапазон выходного сигнала 0 ¸ 4,9В. Частота опроса датчиков соответственно равна 40 mc, 50 mc, 60 mc, 40 mc, 70 mc и 80 mc. Из данных, полученных от датчиков сформировать массивы отдельно по каждому датчику.

19. (Потемкин) Имеется стиральный агрегат. Датчик уровня фиксирует уровень воды, которая подается с помощью насоса, который включается подачей напряжения 8,3 В. После заполнения водой включается двигатель. Вращение по часовой стрелке – график 1. Против часовой – график 2. Режим вращение: по часовой – 5 мин, против часовой – 3 мин.

4 7 9,4 4 7 9,4

График 1. График 2.

Процесс повторяется трижды. Температура воды измеряется 8 датчиками, измеряющие температуру в диапазоне -30°С ¸ 115°С, диапазон выходного сиг-нала –1,2 ¸ 4,35В. Написать программу опроса датчиков Д1, Д3 с интервалом 30 mс, датчиков Д4 и Д5 с интервалом 50 mс, датчиков Д2, Д8 с интервалом 90 mс и датчиков Д6, Д7 с интервалом 100 mс. Опрос прекратить, когда максимальное значение, полученное от датчиков, превысит значение 95°С.

20. (Черкасс) Пожарная сигнализация управляется с помощью компьютерной системы. Здание склада разделено на 8 секторов, в каждом из которых имеется датчик задымленности и 4 датчика температуры. Датчик задымленности выдает 1 в случае повышения уровня дыма в секторе. Диапазон измерения параметра датчика температуры равен 2°С ¸ 145°С, диапазон выходного сигнала 0,05 ¸ 3,5В. Инерционность датчиков температуры равна 0,4 с. Для гашения пожара в каждом секторе размещены 2 водоогнетушителя (распрыскивателей воды), для включения которых необходимо подать напряжение 5В в течении 2с на двигатель заслонки (открытие) и –5В для ее закрытия. Вода подается с помощью водонасоса, мощность которого меняется в зависимости от поданного на него напряжения в соответствии с графиком. Необходимо определить какие датчики задымленности сработали. После этого начинается опрос соответствующих датчиков температуры. Если среднее значение температуры превысило 83°С необходимо включить соответствующие распрыскиватели и насос. Мощность насоса изменяется, если в течении 5 с после включения соответствующего режима температура не опускается ниже 70°С.

21. Имеется конвейер, движение которого осуществляется двигателем, режим вращения которого обеспечивает скорость движения конвейера. Степень провисания конвейерной ленты определяется тремя фотодатчиками, фиксирующими минимальный, средний уровни провисания и обрыв ленты. При среднем уровне провисания необходимо замедлять движение конвейера. При обрыве – останавливать конвейер и подавать звуковой сигнал.

2 2 4 2 4 1 2 4 1 3 2 2 4 2 4 1 2 4 1 3

t1 – 60 мс;

t2 - 4 t1.

Максимальная скорость движения – 9,2 В, минимальная – 2,5 В. Напряжение на индикатор – 9 В. Кроме того в системе имеется 4 датчика, измеряющие скорость движения конвейера в диапазоне 1 ¸ 165 м/с, диапазон выходного сигнала 0,03 ¸ 4,95В. Временная диаграмма опроса датчиков приведена на рисунке. Измерения производить, пока показания любого датчика не превысит 125 м/с.

22. На электропиле (для распила дерева) находится датчик усилия, выдающий напряжение пропорциональное давлению, оказываемому на пилу. К датчику подсоединен компаратор напряжения, выдающий 1 если усилие превышает некоторое значение. Изначально пила вращается со скоростью 5 об./c., что соответствует 10 В, которые подаются на двигатель. По сигналу, поступающему от компаратора необходимо:

1. Измерить ширину листа.

2. В соответствии с шириной листа (1 м, 1,45м 2,2 м) на электромотор пилы подается напряжение 60, 80, 100 В. (30, 40, 50 об./с.).

После распила дерева необходимо уменьшить обороты электропилы до первоначальных оборотов (5об./с.).

Для измерения ширины листа используются 7 датчиков, измеряющие параметр в диапазоне 5 ¸ 435 см. Интервалы опроса соответственно равны 0,2 с; 0,15 с; 0,05 с; 0,1 с; 0,2 с; 0,15; 0,05 с. Датчики опрашиваются в следующем режиме:

- сначала опрашиваются только первый и седьмой;

- если рассогласование между измеренными значениями превышает 10 см, то опрашиваются все остальные датчики.

Для определения напряжения, подаваемого на пилу, за основу берется среднее значение ширины листа.

23. Имеется агрегат для подготовки керамзита. Вес ингредиентов (песок, гравий, бетон) фиксируется датчиками веса, измеряющими вес в диапазоне 3 ¸ 205 кг, диапазон выходного сигнала 0,06 ¸ 4,15В. Требуемые веса ингредиентов соответственно составляют: 50, 65 и 47 кг. После загрузки всех ингредиентов включается насос для подачи воды, уровень которой фиксируется датчиком уровня дискретного типа. Управление насосом осуществляется по схеме 1, а двигателем смесителя по схеме 2. Процесс продолжается 15 мин.

U, V U, V

127 24

17,4

9,3

8 3 4,2 7,1

Схема 1. Схема 2.

Инерционность датчиков 30 мс.

24. Для подъема металлических грузов используется специальный электромагнитный кран, который имеет характеристику по подъему грузов приведенную на рис.1. Для измерения веса груза используется 5 датчиков, измеряющих параметр в диапазоне 10 кг ¸ 380 кг, диапазон выходного сигнала 0,1 ¸ 3,8В. Инерционность датчиков равна 0,1с. Датчики опрашиваются в следующем режиме:

U, V

110 135 230

Рис. 1.

- сначала опрашивается третий;

- если значение, полученное от третьего датчика, превышает 125 кг, то опрашиваются попеременно второй и пятый датчики в течении 6 с;

- если максимальное из значений, полученных с второго и третьего датчика, превышает 201 кг опрашиваются попеременно первый и четвертый датчики в течении 10 с.

По данным измерения (среднее значение) определяется напряжение, которое необходимо подать на электромагнит для подъема груза.

Наличие груза, а значит и момент начала измерений определяется дискретным датчиком, выдающим 0 или 1.

• ⇐ Назад
• 12