Информационно-измерительное обеспечение аппаратно-программного комплекса управления смесеприготовительным

агрегатом

Ведущий электронщик ЦНИТ КемТИПП Дороганов В.П., аспирант КемТИПП Федосенков Д.Б., д.т.н, профессор КемТИПП Федосенков Б.А. (Кемерово),д.т.н., профессор ИПУ РАН Дорри М.Х. (Москва)

В работе рассмотрены вопросы обеспечения аппаратно-программного комплекса управления смесеприготовительным агрегатом (СМПА) с использованием алгоритма вейвлет-поиска соответствия. Разработан и изготовлен аппаратно-программный комплекс, включающий в себя интерфейсную систему, сопрягаемую с ПЭВМ класса IBM-PC, блоки внешних измерительных преобразователей, блоки управления и интегрированное программное обеспечение системы.

Снимаемые измерительными преобразователями реальные сигналы процессов смешивания представляют собой нестационарные сигналы с изменяющейся во времени частотой. Так, частота сигнала мгновенного расхода материалов в различных точках смесительного агрегата является время-зависимым параметром, при этом степень ее варьирования определяется конструктивными особенностями смесеприготовительного агрегата и режимами его работы.

Вейвлет-преобразование на основе алгоритма поиска соответствия основано на выборе базисных вейвлет-функций, наилучшим образом соответствующих анализируемым сигналам, из специализированных баз данных в виде частотно-временных тезаурусов.

Практически оптимизация режимов работы блока дозаторов с каналами рециркуляции осуществляется на основе непрерывно пересчитываемой время-частотной карты (Вигнера – Вилле) смесеприготовительного процесса. Карта рассчитывается по результатам разложения анализируемого сигнала материалопотока на время-частотные атомы (ВЧА) с помощью вейвлет-преобразования. Задачей системы автоматического регулирования является поддержание стабильного коэффициента неоднородности смеси по какому-либо ингредиенту. Для этого положение ВЧА на карте Вигнера-Вилле в пределах заданного «окна» поддерживается путем формирования управляющих сигналов СМПА.

Так например, при анализе функционирования рецикл-каналов уход ВЧА вниз(по карте Вигнера) говорит о снижении частоты рецикл-импульсов, а также о повышении расхода в канале рецикла, что увеличивает время приготовления смеси заданного качества и снижает производительность агрегата. Растягивание ВЧА вправо говорит о срыве режима импульсного периодического рецикла и превращении его в непрерывный, что также неблагоприятно сказывается на работе СМПА.

Таким образом, при любых нарушениях оптимального режима работы (асинхронно-синфазного дозирования, импульсного периодического рецикла), когда дрейф ВЧА превышает установленные границы допуска, управляющий комплекс оптимизирует работу СМПА путем подачи на него соответствующих управляющих воздействий.

Рассмотрим более подробно структуру аппаратно-программного комплекса. Основу его составляет плата сопряжения с ПЭВМ.

На рис.1 приведена функциональная схема платы сопряжения.

Для измерения частоты сигналов преобразователей используется цифровой частотомер платы, собранный на двух микросхемах интегральных таймеров типа 580ВИ53. Частотомер позволяет измерять частоту (период) и длительность импульсов в диапазоне 0¸2 МГц с постоянной относительной погрешностью измерения не хуже 2¸10^-6 при времени измерения 1с.

Сигналы с измерительных преобразователей поступают на вход частотомера (9) через узел сопряжения с цифровыми входами-выходами (7), выполненный на микросхемах 1533КП12. Управление работой частотомера и снятие отсчетов производится программным путем.

2 3 5

6

Рис.1. Функциональная схема платы сопряжения.

Здесь:

1- входные нормирующие усилители (140УД8А)

2- коммутатор аналоговых входов (590КН6)

3- аналого – цифровой преобразователь (1113ПВ1)

4- параллельные порты (580ВВ55)

5- шинные формирователи (74LS245)

6- дешифратор адресов портов (1533ТМ8, ЛА2, ЛА3)

7- узел сопряжения с цифровыми входами-выходами (1533КП12)

8- преобразователь напряжения (561ТМ2,ЛН1)

9- цифровой частотомер (580ВИ53)

Сигнал с пьезодатчика/тензодатчика поступает на входной нормирующий усилитель 140УД8А (1) и далее через коммутатор аналоговых входов 590КН6 (2)– на вход микросхемы АЦП 1113ПВ1 (3). Управление работой АЦП производится программно от компьютера через микросхему параллельного периферийного адаптера 580ВВ55. Программа управления написана на языке Паскаль с вставками ассемблерных модулей.

10-ти разрядный АЦП 1113ПВ1 имеет время преобразования порядка 30 мкс, что позволяет снимать до 33000 отсчётов в секунду с погрешностью, не превышающей 0,2%. Частота опроса АЦП варьируется программно от минимальных, одиночных выборок, до максимума. Результаты измерений в виде пар байтов записываются в заданный файл.

Управление режимами работы СМПА производится путем подачи непрерывных сигналов и импульсных последовательностей сигналов.

Например, управление частотой вращения двигателями силового привода производится путем формирования сигналов переменной длительности- средствами широтно-импульсной модуляции- на цифровых выходах платы сопряжения.

Программное обеспечение комплекса функционально подразделяется на три части:

1 – нижний уровень - программы – драйверы, обеспечивающие работу элементов платы сопряжения, (АЦП, частотомера, каналов управления), написанные на языке АССЕМБЛЕРА;

2 – верхний уровень - специализированное программное обеспечение вейвлет-анализа;

3 – программы «связки» и управления между драйверами нижнего уровня и программным обеспечением верхнего уровня, написанные на языке программирования С++.