МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
ПСКОВСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
(ФИЛИАЛ)
__________________________________________________________________
А. И. Хитров
А. В. Ильин
ОСНОВЫ ЧИСЛОВОГО ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ
Контрольные задания и методические указания
по выполнению
Для студентов специальности 180400
«Электропривод и автоматика промышленных
установок и технологических комплексов»
Псков
2003 г.
Рекомендовано к изданию Учебно-методическим советом
Псковского политехнического института (филиала) СПбГПУ
Рецензенты:
Кадочников Анатолий Александрович, доцент, к.т.н., начальник отдела энергоэффективного и рационального использования и учета топливно-энергетических ресурсов Псковского филиала ФГУ «УГЭН по Северо-западному региону»
Тимофеев Сергей Владимирович, начальник бюро электроники и промышленной автоматизации ОАО «Псковский кабельный завод»
Авторы:
Хитров Александр Иванович, доцент кафедры ЭСА ППИ СПбГПУ
Ильин Александр Викторович, ассистент кафедры ЭСА ППИ СПбГПУ
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………… 4
Темы для рефератов………………………………………………6
Контрольное задание 1……………………………………………7
Контрольное задание 2…………………………………………..12
Контрольное задание 3…………………………………………..28
Контрольное задание 4…………………………………………..39
Литература………………………………………………………….49
Приложения ………..………………………………………………50
ВВЕДЕНИЕ
Вступление общества в новое столетие, которое как предполагается будет веком информационных технологий, сопровождается все большим внедрением этих технологий в автоматизированное производство.
Вычислительная техника, являясь «мозгом» технических устройств, совместно с его «мускулами» – электроприводом, позволяет говорить о создании «интеллектуального» электропривода в сложных технологических установках, решающих задачи позиционного, контурного, адаптивного, нечетко-логического и других типов управлений, в которых требуется согласованная работа нескольких взаимосвязанных объектов, стоит вопрос обеспечения энергосберегающих технологий и т.д.
В последнее десятилетие появились специальные типы электроприводов вентильного типа (вентильно-реактивные двигатели в частности), работа которых немыслима без применения управляющих устройств на базе микроконтроллеров со встроенными периферийными устройствами и цифровых сигнальных процессоров.
Вместе с тем на сегодняшний день не существует (и вряд ли будет существовать вообще) универсальных технологий обучения основам числового программного управления промышленными системами и процессами. Это связано с тем, что совершенствование аппаратного и программного обеспечения идет такими темпами, что универсального микроконтроллера с аппаратной точки зрения и универсального языка программирования с точки зрения программного обеспечения до сих пор нет. Задачи автоматизации достаточно разнообразны и требуют широкой номенклатуры аппаратно-программных средств.
Отсутствие учебников и учебных пособий по данной (или «родственным») дисциплине подтверждает данный факт.
Специалистам в области «интеллектуального электропривода», систем компьютерного мониторинга объектов, числового программного управления технологическими объектами практически всегда приходится изучать состав аппаратных и программных средств той или иной установки (или проектировать их самостоятельно), так как «Числовое программное управление – управление с помощью аппаратных и программных средств, предполагающее возможность быстрого перехода на различные программы работы оборудования путем набора ее или записи условным кодом на программоносителе».
При этом техника программирования определяется не только типом программоносителя, знанием аппаратной части систем ЧПУ и языков программирования, а также умением адекватно описать алгоритм функционирования и переложить его в язык символов (команд и кодов).
В связи с этим студенты должны знать особенности кодирования информации, владеть алгоритмами циклового и логического управления, позиционного и контурного управления (геометрическая задача), представлять особенности поведения объекта в дискретных САУ.
Курс «Основы ЧПУ» для студентов специальности 180400 «Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов» является завершающим в программно-информационной подготовке инженера и базируется на курсах:
«Микропроцессоры в электроприводах и технологических комплексах», «Информатика», «Элементы систем автоматики», «Системы управления электроприводов».
Курс изучается в 10-11 семестрах и предполагает следующее распределение учебных занятий для студентов очно-заочной и заочной формы обучения:
| Виды занятий | Семестры | |||
| 10 | 11 | |||
| в/о | з/о | в/о | з/о | |
| Лекции, час. | 32 | 15 | 34 | 20 |
| Лаборатории, час. | 32 | 20 | 34 | 20 |
| Зачет | 1 | 1 | 1 | 1 |
| Экзамен | 1 | 1 | 1 | 1 |
| Контрольные задания | 1 | 2 | 1 | 2 |
В процессе изучения теоретических разделов курса, выполнения контрольных заданий и лабораторных работ, студент должен получить знания и навыки в:
- принципах построения систем ЧПУ технологическими объектами;
- применении цифровых и символьных кодов в системах ЧПУ;
- использовании современных средств промышленной автоматизации, в том числе промышленных сетей;
-алгоритмах логического управления с применением программируемых логических контроллеров;
- пользовании методами позиционного и контурного управлений при решении геометрической задачи управления;
- методах перевода аналоговых систем управления электроприводом в цифровые, особенностях построения и расчета регуляторов таких систем, базируясь на положениях теории дискретных САУ;
- программировании типовых задач автоматики с использованием микроконтроллеров.
Для изучения современных систем ЧПУ объектами, а также использовании знаний, полученных в процессе обучения при дипломном проектировании, в 11 семестре студентам предлагается представить реферат объемом 15-20 страниц.
Темы для рефератов
1. Применение и особенности построения цифровых электроприводов.
2. Современные микроконтроллеры и цифровые сигнальные процессоры для управления электроприводами.
3. Энергосберегающие технологии с применением интеллектуального электропривода.
4. Фаззи – логическое управление объектами.
5. Управление шаговым электроприводом от микроЭВМ.
6. Вентильно-индукторные двигатели (SRM – Switched Reluctance Motor) и их системы управления.
7. Векторное управление асинхронным двигателем с применением микроконтроллеров.
8. Управление бесконтактными двигателями постоянного тока (BLDC – Brushless direct current) с применением микроконтроллеров.
9. Особенности построения и применения энкодеров и кодеров в системах программного управления.
10. Организация локальных (промышленных) сетей на производстве.
11. Промышленная сеть CAN (Computer Area Network).
12. Промышленная сеть PROFIBUS фирмы SIEMENS.
13. Электроприводы промышленных роботов и станков с ЧПУ.
14. Адаптивные промышленные роботы и средства их очувствления.
15. Интеллектуальные роботы и системы распознавания образов.
16. Языки программирования промышленных роботов и современных средств промышленной автоматизации.
17. Программируемые логические контроллеры.
18. РС-архитектурные промышленные компьютеры и контроллеры.
19. SCADA системы в АСУТП.
20. Операционные системы реального времени.
21. Нейронные сети.
Кроме вышеперечисленных, темы могут быть выбраны студентами самостоятельно по согласованию с преподавателем, ведущим курс.
В процессе изучения курса "Основы ЧПУ" студентами заочной формы обучения выполняется по 2 контрольных задания соответственно в семестре 10 - контрольные задания № 1 – 2, в 11 семестре -контрольные задания № 3 – 4.
Вариант задания определяется двумя последними цифрами шифра зачетной книжки студента или её последней цифрой. Студенты очно-заочной формы обучения выполняют в каждом из семестров одно из заданий ( вариант определяется по согласованию с преподавателем). Студенты очной формы обучения при изучении курса представляют реферат и могут использовать методическое пособие при проведении цикла лабораторных работ.
Контрольное задание №1
Задача 1. Представить число, заданное в таблице 1,
- во всех известных вам системах счисления как целое без знака;
- как положительное и отрицательное число с использованием биполярных кодов: прямой со знаком, обратный, дополнительный, смещенный.
Во всех представлениях числа ограничиться байтовым представлением его целой и дробной части.