Принципы автоматики и микроконтроллера как измерительного прибора систем управления

В статье рассмотрены принципы построения интегрированных автоматизированных систем управления, программное обеспечение работы микроконтроллера. Рассмотрены функции микропроцессоров.

Ключевые слова: автоматизированные системы управления, диспетчерское управление, микропроцессор, микроконтроллер, автоматизированная система, программное обеспечение

Приведена функциональная схема системы управления. Установлены взаимосвязи между параметрами входного и выходного отверстия пневматической камеры и скоростью ее наполнения и спускания. Получены математические зависимости, описывающие пневматическую камеру, наполненную воздухом при заданных начальных условиях в данный момент времени.

В работе представлена установка, в которой реализована микропроцессорная система управления параллельной работой шаговых двигателей, приведена структурная схема системы управления. Установка содержит микроконтроллер, который производит полное управление шаговым двигателем.

При изучении дисциплин технического профиля важную роль играет не только освоение каких-либо принципов, лежащих в основе автоматизированных систем контроля и управления, но и возможность применения данных принципов на практике. В последнее время, современные технические системы чаще ориентируются на использовании программируемых контролеров, что обусловлено их быстрым развитием. Актуальным в этой области является вопрос об управлении шаговыми двигателями, которые широко применяются в современной науке и технике [1].

Для возможности практического применения знаний о параллельном управлении несколькими шаговыми двигателями, нами была разработана и реализована установка.

Структурная схема (рис. 1) установки, содержащей систему управления содержит следующие элементы:

1.БП — Блок питания;

2.МК — микроконтроллер, который управляет всей периферией устройства;

4.ШД (1–3) — шаговый двигатель;

5.БРН (1–3)– блок регулировки направления вращения шагового двигателя;

6.БС (1–3) — блок регулировки скорости вращения;

Основным узлом системы является микроконтроллер. Микроконтроллер обрабатывает данные, и в зависимости от программы отправляет управляющий сигнал на драйвер ШД. В системе реализовано так же ручное управление, состоящее из блоков БРН 1–3 и БС 1–3, с помощью которых можно вращать двигатель в произвольном направлении и изменять скорость его вращения, вне зависимости от программы. Для опытной проверки разработанной системы управления была собрана установка, содержащая систему управления параллельной работы трех ШД [2]. Устройство содержит корпус, систему управления, выход для подключения микроконтроллера к компьютеру. Для установки выбран микроконтроллер AtMega2560 на базе аппаратной вычислительной платформы Arduino AtMega 2560, так как он легко программируется и настраивается под любую несложную задачу с помощью среды разработки на языке Processing/Wiring. Контроллер имеет 54 цифровых входа/выхода и 16 аналоговых входов/выходов, что достаточно для подключения трех шаговых двигателей, тумблеров изменения направления вращения и переменных резисторов.

Для исследования системы управления совместной работы шаговых двигателей, предлагается написать программу в специальной среде программирования для данного микроконтроллера, которая имеет Си-подобный язык программирования, затем произвести ее загрузку на микроконтроллер запустить стенд и убедиться в правильности перемещения шагового двигателя.

Разработанная установка позволяет изучить основы микропроцессорного управления шаговым двигателем. Данная установка внедрена в учебный процесс Волгоградского государственного технического университета и используется при проведении лабораторных работ по дисциплинам «Системы управления автоматизированными электроприводами» и «Автоматизированный электропривод промышленных установок».

Литература:

1. Хорошевский М. Д., Швец А. А., Макаров А. М. Лабораторный стенд для исследования системы управления совместной работы шаговых двигателей // Сборник тезисов докладов по внутривузовскому смотру-конкурсу научных конструкторских и технологических работ студентов (г. Волгоград, 12–15 мая 2015 г.) / ВолгГТУ, Совет СНТО. — Волгоград, 2015. -C. 36–37.

2. Хорошевский, М. Д. Микропроцессорная система управления параллельной работой шаговых двигателей / М. Д. Хорошевский, А. М. Макаров, Н. В. Полежаев // Актуальные проблемы информационных технологий, электроники и радиотехники — 2015 (ИТЭР — 2015): сб. науч. ст. всерос. молодѐжной школы семинара / редкол.: Е. С. Огурцов (отв. ред.) [и др.]; ЮФУ, РФФИ, АНПОО «Кропоткинский жел.-дор. техникум», Науч.-образ. центр защиты и поддержки интеллект. собственности, коммерциализации технологий ИУЭС ЮФУ. — Таганрог, 2015. — C. 536–538.