Использование локальных вычислительных сетей в химико-термической обработке

авторы:

В.А. Ульянченко, О.Н. Новиков,

В.Н. Скакунов, И.А. Морковин,

М.И. Симуни, НПО "ВНИИТМАШ", Волгоградский политехнический иститут

Химико-термическая обработка (ХТО) с использованием локальных вычислительных сетей

На предприятиях машиностроительных отраслей в серийном и массовом производстве стальных деталей широко используется химико-термическая обработка (ХТО) в безмуфельных агрегатах.

Оптимизация ХТО: Контроль параметров с помощью микропроцессорных систем (МС)

В процессе ХТО для обеспечения требуемого качества деталей, главным образом, твердости и распределения углерода по толщине слоя в каждой из четырех зон безмуфельного агрегата необходимо поддерживать взаимосвязанные, изменяющиеся во времени технологические параметры: температуру и углеродный потенциал.

Определение закономерности изменения технологических параметров, сбор и обработку информации о них, как показали проведенные исследования, целесообразно осуществлять с помощью микропроцессорных систем (МС). Разработан алгоритм контроля и регулирования углеродного потенциала C (%):

где К1, К2, K3, K4, K5 постоянные коэффициенты; Кл коэффициент легирования стали; ДЕэхд - КБ - Еэхд приращение ЭДС электрохимического датчика кислорода в контролируемой зоне агрегата; Ѵсо объемная доля оксида углерода в атмосфере контролируемой зоны, %; Тэхд температура электрохимического датчика; Т температура в контролируемой зоне печи.

При реализации с помощью микроЭВМ алгоритма (1) для агрегатов ХТО на Чебоксарском агрегатном заводе разработчики столкнулись с трудной проблемой по сбору, обработке и передаче данных в ЭВМ о технологических параметрах. Эта задача еще более усложняется при реализации алгоритма (2-5) по прогнозированию и регулированию распределения концентрации углерода по толщине обрабатываемых деталей:

Где С концентрация углерода в обрабатываемых деталях; t время; х расстояние от поверхности материала; б толщина неограниченной пластины; в — коэффициент массопереноса; С. — углеродный потенциал; Со начальное содержание углерода в материале детали; D01, D - коэффициенты диффузии углерода в начальный момент насыщения и через время т соответственно.

Задача по сбору, обработке и передаче данных в главную вычислительную машину (ГВМ) еще более усложняется при создании многоуровневых автоматизированных систем управления группой безмуфельных агрегатов или термическим участком, где необходимо использовать несколько MC.

Локальные вычислительные сети (ЛВС) в управлении процессами ХТО

За рубежом с середины 70-х годов, а в нашей стране 80-х годов для сбора, обработки и передачи данныхO технологическом объекте управления получили широкое применение локальные вычислительные сети (ЛВС).

В вычислительной технике ЛВС выделяются в отдельный класс. ЛВС характеризуются простотой изменения конфигурации и среды передачи данных со скоростью в несколько миллионов бит в секунду на расстояние до километра и позволяют осуществить рациональный обмен информацией между МС, встроенными в отдельные механизмы, машины и агрегаты.

Для организации обмена, распределения функций обработки данных между микропроцессорами и ГВМ принято использовать стандартные протоколы малых ЛВС. Однако реализация стандартных протоколов требует для типовых микроконтроллеров нижних уровней аппаратных доработок и достаточно сложного программного обеспечения

Автоматизированная система сбора и обработки данных (АСС) для ХТО

Для автоматизации процессов ХТО рекомендуется использование автоматизированной системы сбора и обработки данных о технологическом объекте управления (АСС), требующей минимальных аппаратных дополнений и достаточно сложного программного обеспечения.

С целью минимизации соединительных линий используется мультиплексный последовательный канал передачи, физические и электрические характеристики которого соответствуют интерфейсу С2. В качестве приемо-передатчиков используются большие интегральные схемы (БИС) КР580ВВ51 (входящие в состав микроконтроллеров), в которых сигналы управления модемом (DTR, DSR, RTS) служат для организации доступа к ГВМ. Режим передачи симплексный, блоками фиксированного формата.

Возможны два варианта взаимодействия ГВМ и МС: 1 инициатор передачи сообщения МС; 2 инициатор сообщения ГВМ.

Для процессов ХТО предпочтительным является второй вариант. Функциональная схема, отражающая взаимодействие ГВМ, МС и коммутатора (КМ), управляющего доступом к ГВМ, приведена на рисунке.

Выход DTR адаптера ГВМ соединен со входами демультиплексора (ДМ) и счетчика адреса МС. При этом выходы демультиплексора соединены индивидуальными проводами (линиями выборки) со входами запросов на прерывание (IRQ) в каждой МС.

Сигнал «Подтверждение выборки» (ПВБ) поступает на вход DSR адаптера ГВМ с выхода DTR адаптера МС. Активный уровень сигнала ПВБ свидетельствует о переходе соответствующей МС на программу передачи сообщения. Линия ПВБ является общей для всех МС.

Входы DSR адаптеров всех МС подключены к линии «Ошибка приема». Сигнал «Ошибка» (ОШБ) на эту линию выдается с выхода RTS адаптера ГВМ при обнаружении какой-либо ошибки приема: ошибки четности, переполнения, формата, контрольной суммы. Считывая состояние этой линии в конце цикла передачи, МС при активном уровне ОШБ повторяет передачи. Эта процедура проверки и повторной передачи может повторяться определенное число раз, задаваемое программой.

Входы TXD адаптеров всех МС также подключены к общей линии «Данные», соединенной со входом RxD адаптера ГВМ.

Работа узлов происходит следующим образом. Через ДМ осуществляется циклическое подключение каждой МС и ГВМ. При наличии активного сигнала на какой-либо «Выборки» соответствующая МС переходит на программу обработки прерывания (в данном случае на программу передачи). МС генерирует сигнал ПВБ. При этом ГВМ оказывается связанной с единственно активной МС. По окончании передачи массива данных и байта контрольной суммы МС считывает состояние линий ОШБ. Если сигнал ОШБ неактивен, то МС возвращается к выполнению основной программы, «обнуляя» ячейки оперативного запоминающего устройства ОЗУ, содержавшие переданную информацию.

Преимущества применения локальных вычислительных сетей (ЛВС) в ХТО

Программное обеспечение АСС и обработки информации в ГВ.М построено по модульному принципу и написано на языке высокого уровня PL/M, функционирует в рамках ОС 1800 (СР/М) и оформлено в виде отдельной задачи, запускаемой на выполнение оператором ГВМ. При этом возможен как одноразовый (эпизодический) запуск, так и автоматическое выполнение задачи через определенные интервалы времени.

При эпизодическом запуске задача опрашивает каждую МС, считывает с диска ранее наполненную информацию, обрабатывает полученный массив данных, выдает результирующий массив на печать (экран) и записывает его на диск.

При автоматическом выполнении задачи оператор ГВМ указывает количество циклов, интервал между ними. В каждом цикле выполняется та же последовательность исполнительских процедур, что и при одноразовом запуске (за исключением процедуры инициализации).

Головной модуль включает в себя процедуры инициализации аппаратуры, установки режима выполнения задачи, опроса МС и приема сообщений, обработки данных и вывода результатов.

Применение предлагаемой локальной вычислительной системы при создании автоматизированной системы управления процессами ХТО позволит упростить программное обеспечение, состав и структуру средств вычислительной техники, повысить их быстродействие, а следовательно, повысить качество обработки деталей с повышенной экономической эффективностью.

 

АО Научно-производственная фирма «Уран-СПб» (АО НПФ «Уран-СПб») 196128, г. Санкт-Петербург, ул. Варшавская, 5а, лит. Л, оф. 105 Телефон (812) 369-00-03, E-mail: uranspb@uranspb.ru, npf_uran@mail.ru uranspb.ru