Введение к работе
Г. ' ]
jo, v.Актуальность. Одной из перспективных отраслей промышленности, существенно определяющей технический уровень промышленного потенциала страны, является производство волоконных оптических линий связи (ВОЛС). Существенные преимущества этих систем перед электрическими, связанные с их высокой помехозащищенностью, надежностью и экономичностью,позволяют широко использовать их для замены проводниковых линий связи, в средствах вычислительной техники, разнообразных датчиках. Оптическое волокно является исходным компонентом для производства микроканальннх пластин (МКП), используемых в различных оптических преобразователях, в частности в приборах ночного видения.
Производство ШП является многооперационным процессом, требующим высокой точности регулирования технологических параметров, гибкой перенастройки при смене номенклатуры выпускаемых изделий. Указанные задачи решаются на используемом оборудовании с помощью аппаратных средств с большими затратами труда на оперативную обработку информации и управление. При этом имеет место отрыв (10-30 лет) современных методов и алгоритмов управления, а также реализующих их технических средств от используемых при производстве ВОЛС и МКП. Поэтому целесообразно строить систему управления на основе микропроцессорной техники с учетом требований стоимости, массогабаригных показателей, удобства встраивания в оборудование и технологичности изготовления. Это делает актуальным разработку унифицированных аппаратных средств контроля и регулирования технологических процессов производства МКП, обусловливает потребность в единых (типовых) системах упразленил.
При этом значительная доля трудозатрат (до bOfo) приходится на разработку программного обеспечения. Сложность применения
специфических аппаратных средств требует специальных резидентных и кросс->средств для использования и общения с такими средствами. Поэтому разработка программного обеспечения и технологии программирования для рассматриваемой технологии является важной научно-технической задачей.
Таким образом, целью работы является разработка микропроцессорной системы управления типовым оборудованием для производства микроканальных пластин и волоконно-оптических линий связи. Поставленная цель определила круг задач:
-
Установить типовые рабочие операции оборудования для производства МКП и на этой основе сформулировать требования к программно-аппаратным средствам их автоматизации.
-
Разработать комплекс программно-аппаратных средств для практической реализации универсальной микропроцессорной системы управления технологическим процессом и провести его теоретическое и экспериментальное исследования для определения максимальной производительности и уровня функциональных возможностей.
-
Разработать методики синтеза микропроцессорных структур, типовых регуляторов и типовых компонент программного обеспечения.
-
Проверить основные теоретические положения методами математического моделирования и эксперименте..
Методы исследования. Для решения поставленных задач использова-. лись методы анализа и синтеза систем автоматического управления, классические методы решения алгебраических и дифференциальных уравнений, методы структурного математического моделирования, элементы теории графов и массового обслуживания, аппарат комбинаторных алгоритмов и теории нечетких множеств. Научная новизна заключается в следующем:
- применена аппроксимация всех технологических объектов производства УШ модель*) с равными постоянными времени, получена аппрокси-
мация модели с разными постоянными времени и с запаздыванием моделью с равными постоянными времени для настройки ПИ и ПИД-рогуляторов по известным критериям качества;
получены структуры регуляторов с адаптацией без изменения коэффициентов регулятора при вариации постоянной времени объекта с учетом минимизации программно-аппаратных затрат на реализацию;
предложена структура адаптивной операционной системы реального времени для программируемых контроллеров с сохранением постоянной производительности при изменяющейся загрузке процессора;
получена модель рабочей нагрузки в форме смеси команд для представления класса программ управления технологического оборудования по производству МКП.
Практическая ценность представлена:
разработанной методикой синтеза оптимальных по обобщенному критерию качества цифровых систем управления;
полученными номограммами настройки цифровых ПИ и ПИД-регуля-торов для объектов с равными постоянньїі. времени и объектов первого порядка с запаздыванием по многим критериям качества с учетом функций чувствительности к вариациям параметров настройки регулятора;
разработанным комплексом программно-аппаратных средств, включающим резидентное программное обеспечение, схемные решения.' реализации программно-аппаратных средств и модулей сопряжения
с объектом;
- разработанной технологией программирования на базе языка ре
лейно контактных символов и регуляторов (РКС/Р), применение кото
рого на порядок увеличивает производительность труда программис
та по сравнению с языком Ассемблер и уменьшает затраты на 37,8
тыс.руб. при создании типовой технологической программы на раз
работанных технических средствах.
Внедрение результатов.
I,- Выполнена автоматизация основных технологических операций производства МНП (отжиг и спекание) и производства оптических световодов (вытяжка, нагрев, управление роботами-манипуляторами);
-
Разработанная микропроцессорная система управления внедрена для её серийного производства на трех предприятиях. Общий объем выпущенных в I9B9 г. систем управления составил более 160 единиц.
-
Внедрена технология разработки программ, включающая расширенную версию языка релейно-контактных символов (РКС/Р), методические материалм, каталог типовых примеров. Разработанная технология лишь в одной из организаций дала экономический эффект в 54 тыс.руб.
-
Элементы разработанных программно-аппаратных средств внедрены в учебный процесс в Ивановском энергетическим институте.
-
Ряд функций системы управления апробированы и внедрены в семи технологических процессах текстильной и химической отраслях промышленности.
Совокупный экономический эффект составляет более 175 тыс.руб.
Диссертационная работа выполнялась в рамках координационного плана Минвуза СССР по про Зломе "Роботы и РТС" на I9dl-I9b5 гг., а также программы совместных работ Ивановского энергетического института им. В.И. Ленина и Саратовского НИИ машиностроения на I9C5 - 1990 гг. в области создания микропроцессорных систем управления, утвержденной приказом МЭИ СССР и Минвуза СССР. Апробация работы. Материалы работы докладывались: на 3 Всесоюзном совещании по рсбототехническим системам, Воронеж, I9cS4 г., на Всесоюзной научно-технической конференции "Бенардосовские чтения", Иваново, 1966, I9U7, 19иУ гг., на Всесоюзном совегчнии "Основные
направления использования микропроцессоров в легкой промышленности", Иваново, 1984 г.,' на научно-техническом семинаре "Проблемы организации и обеспечения ГЛП", Челябинск, 1984г.,. на научно-техническом семинаре "Микропроцессорные средства вычислительной техники на службе НТП" Москва, 1985 г., на отраслевом семинаре "Применение программируемых контроллеров в системах управления", Чебоксары, 1986 г., на Всесоюзной научно-технической конференции "Создание прогрессивного оборудования для производства химических волокон", Чернигов, 1987 г., на Всесоюзном научно-техническом совещании "Проблемы управления промышленными1 элэктро-механическими системами", Ульяновск, 1989 г., на республиканской научно-технической конфренции "Новые направления развития систем управления для промышленной робототехники", Минск, 19Ь9 г.
Программируемый контроллер экспонировался на ВДНХ СССР в 1987 году, автор удостоен серебряной медали ВДНХ. Публикации. "По теме диссертации опубликованы 24 печатные работы, получено I а.с. и I положительное решение на выдачу а.с. Объем работы. Диссертационная работа изложена на 124 страницах машинописного текста, иллюстрирована 86 рисунками, 15 таблицами и состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 105 наименований и приложений на 62 страницах.